低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

空中水舌水力特性的数值模拟研究

空中水舌的水力特性与下游雾化及冲刷密切相关,因此得到空中水舌形态、水舌扩散特性和断面流速分布等计算公式十分重要。对空中水舌进行三维数值模拟,在等宽出口形式下,通过改变来流断面水流弗劳德数Fr,重点研究了水舌紊动扩散规律、断面流速分布规律等,并采用理论推导法得到沿程断面平均流速的计算公式。研究结果表明:Fr值越大,水流沿程横向扩散越强烈;水舌横向扩散率初始较大,随着射距的增加,扩散率逐渐减小;水舌纵向厚度同射距近似呈直线关系;断面流速分布服从正态分布,且不同射距处的无量纲流速分布曲线可用同一条曲线表示。     

氧化沟流场特性数值模拟的现状与展望

氧化沟流场特性的研究对氧化沟工艺废水处理理论、氧化沟工艺的设计与改良有着十分重要的意义。计算流体动力学(CFD)是对氧化沟进行数值模拟的重要手段。综述了CFD概况及氧化沟中流体特性数值模拟的研究进展,总结了目前CFD模拟氧化沟流体特性中存在的问题,并提出了进一步的研究方向。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施.基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响.结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖...     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

琴键堰过流水力特性数值模拟

琴键堰是一种新型的迷宫堰结构形式,其特点是相同堰宽、水头条件下泄流能力提升显著,采用RNG k-ε型湍流数学模型,VOF法处理自由水面,建立三维数学模型。通过对不同工况琴键堰体型的模拟计算,获得三维流场水流流态、流速等信息。结果表明:(1)采用Fluent软件对琴键堰进行数值模拟的适用性强,并验证了琴键堰的泄流效果显著;(2)琴键堰的三维流场流态复杂,具有三元水流的性质,堰上水头的变化影响琴键堰的泄流能力;(3)上、下游处水流呈明渠流状态,速度最小,为0.2m/s,流经堰体时形成水舌,流速增大,水舌与堰壁间空腔处有通气孔掺气,形成漩涡区,气体流速2m/s,水舌入水后有水气混掺。利用数值模拟技术,使获得的流场信息更加详尽,为进一步研究琴键堰流场特性奠定基础。     

阶梯溢洪道水力特性及下游冲刷三维数值模拟

基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型,对阶梯溢洪道水流压强特性及下游局部冲刷坑的形态和发展进行了三维数值模拟.结果 表明:数值模拟结果与试验值吻合良好;台阶面流速沿着台阶凸角的连线形成一个伪底,流速与坡面近似平行,各个台阶与主流之间存在一个三角形空腔,形成顺时针旋转的漩涡.漩涡中心速度趋近于零,向外逐渐增...     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

氧化沟内水力特性的数值模拟研究

采用FLUENT6.3.26软件求解气液两相流,VOF(volume of fluid)法捕捉自由液面,气液两相流时均方程的求解应用标准湍流模型,速度与压力耦合方程组的求解应用半隐式算法。分析比较了氧化沟内各测线上流速沿水深方向的变化规律,将模拟结果与实验数据进行比较分析,得出两者有很好的一致性,从而验证了所选数值模型的正确性。为进一步研究氧化沟内部的流场结构和优化氧化沟的体型设计提供了参考依据。     

峡江枢纽截流河道水力特性数值模拟

为阐明峡江水利枢纽截流河道水力特性,指导工程施工,采用峡江站水文资料及枢纽实测水位,在率定 好截流时期一维数学模型的基础上,建立了赣江峡江段平面二维水流数学模型,定量计算单戗堤枢纽截流时期 重要水域及过流建筑物水流形态,分析流场形态的变化特征和局部流态对枢纽尤其是围堰的影响,并将研究结 果与物理模型试验结果做了对比分析,同时分析了双戗堤截流工况对改善龙口水利条件的影响程度. 结果表明 二维数学模型能较准确地计算截流时期围堰工程局部水位及流场变化情况,峡江枢纽大江截流施工方案可行.     

亭子口水利枢纽水力学模型试验研究

亭子口水利枢纽具有泄洪落差与泄洪单宽流量均较大、建筑物布置相对比较集中、下游河势复杂等特点。通过水工断面模型试验,对表、底孔体型及消能工进行优化,推荐表孔采用宽尾墩消力池联合消能型式,底孔采用突扩跌坎型式,并经过整体模型试验验证,其泄洪消能均能满足设计要求;通过在水工整体模型上对下游引航道左右岸线及河床的整治、隔流堤长度和堤头偏角调整等方面影响因素的比较优化,提出了可行的布置方案。     

泵闸工程闸下双底坎整流的水力特性

针对泵闸工程中出闸水流出现的不良流态,提出在其下游河道设置双底坎的整流措施,利用VOF法的RNG k-ε湍流模型,探索其整流效果和水力特性,并对计算结果进行了物理模型验证。结果表明:底坎通过迫使出闸水流沿坎横向运动和形成漩涡,对偏流、回流和斜向水跃具有显著改善作用;双底坎的设置能有效减小坎后水面波动,进一步降低回流区范围,提高流速均匀程度;流速不均匀系数随下游出口Fr增大而减小,随二坎的相对坎高h_2/b、相对间距d_2/b的增大先减小后增大;数学和物理模拟的水面线和流速分布吻合度较高,湍流模型计算结果可靠。     

生态型鱼巢砖水力特性研究

生态型鱼巢砖是一种新型的河道护岸构件,本文以它的水力特性为研究对象,根据几种常见鱼类的水流习性提出了鱼巢砖的基本结构尺寸,然后通过模型试验和数值计算分析了鱼巢砖的三种连接形式在不同主槽流速下的流场分布以及它们各自不同的适用性。两种研究方法的成果基本一致,从水力特性方面说明这种鱼巢砖能够为鱼类提供一个安全的避难场所,有助于河道生物多样性的保护,也为鱼巢砖以后进一步的体型优化和推广应用提供了理论基础。     

竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究

堤坝等水利水电工程截断河流,鱼道能克服其阻碍作用,使鱼类顺利上溯洄游。采用RNG k-ε湍流模型对竖缝与堰组合式鱼道进行数值模拟,对其池室内流速以及紊动能情况进行分析研究。结果表明：该类型鱼道池室内部水力特性稳定,具有竖缝式鱼道和堰式鱼道共同优点,适宜于不同鱼类游过,能较好地适应鱼类上溯。     

多股射流入流间距对下游水利特性影响分析

基于RNG k-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,并对多股底流水跃进行了三维模拟,详细分析了入流间距对多股底流消能下游流态的影响规律,探讨了不同孔距比下消力池内的漩涡特性。研究结果表明：入流间距对单股主流两侧流态影响显著,当孔距比大于1.5时,有回流形成;当孔距比大于等于2.0时,在弗汝德数约为7.0条件下,下游消力池底板附近已形成不同强度的立轴漩涡,所得成果可为相似研究提供参考。     

闸后水跃水流的数值模拟

本文采用Ｋε紊流模式和体积率（ＶＯＦ）跟踪自由水面的方法，模拟了闸后水跃的水流结构，并与试验进行了比较，计算结果与试验资料基本吻合．通过体积率函数更新流场空间点的密度分布，描述、显示了水跃区的掺气现象和水面波动状态．     

基于坝下流场模拟的集鱼系统进口位置选择研究

集鱼系统进口位置的合理选择决定着鱼类能否顺利发现并进入集鱼系统,关系着过鱼设施的运行效果。为选择大坝过鱼设施集鱼系统进口位置,本文以长江流域某水力枢纽工程为例,对坝下尾水河道2.83 km范围内水流流场进行了二维数值模拟,以当地鱼类上溯洄游流速的偏好范围为评判指标,分析了不同发电工况下适宜鱼类上溯的水域范围,并针对不同发电工况给出了集鱼系统进口的适宜布置区域,可为过鱼设施集鱼系统的布置提供依据。研究结果表明:左右岸电站发电机组下泄流量比为1∶0和2∶1时,模拟区域适合鱼类上溯洄游区域的占比较大,这两种工况下,集鱼系统进口应布置在坝下右岸;其他工况下,适合鱼类上溯洄游区域难达坝下,集鱼系统进口或集运鱼船应布置在坝下稍远区域,以保证集鱼系统在不同工况下的集鱼效率。     

永庆水库仿自然过鱼通道水力学特性研

调查了永庆水库库区珍惜保护鱼类,给出了该水库过鱼设施流动指标。通过交错石块式仿自然过鱼通道局部水工模型试验,研究了交错石块式仿自然过鱼通道内的水力学特性,总结分析了模型试验结果。分析论证表明：该交错石块式仿自然通道可满足永庆水库目标鱼类的洄游需求,为仿自然过鱼通道的设计和研究提供了依据。     

崔家营航电枢纽下游水沙变化及其可视化研究

运用平面二维水沙数学模型,对汉江崔家营航电枢纽工程坝下游河床变形、冲淤平衡年限、同流量级下水流流态变化情况进行了预测.同时,充分利用Visal Basic语言和Fortran语言各自的优势,混合编程,实现了在二维地形基础上嵌套流场的动态可视化,直观地反映出流场与地形边界的关系.