基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

三维模型在台阶式溢洪道台阶段优化中的应用

采用VOF方法,结合RNGκ-ε紊流模型和单向流体自由追踪界面对台阶式溢洪道台阶段进行三维数值模拟。通过调整台阶式溢洪道平面布置、台阶级数和台阶尺寸对大华水库坝面溢洪道原设计方案进行优化。结合水工模型试验,分析比较原设计方案与优化方案台阶段水力特性,采用31级台阶、45级台阶、62级台阶三种优化体形后消能率增大,不设过渡段则流速最大值减小,流速最大值均不超过15 m/s。数值模拟计算值与水工模型实测值吻合较好,进一步表明VOF方法适用于台阶式溢洪道台阶段水流流动的三维模拟。     

察汗乌苏溢洪道流场二维和三维数值模拟对比

为了选择较为理想的研究溢洪道水流特性的数学模型,结合察汗乌苏水电站工程实例,利用数学模拟对其溢洪道流场的水流特性分别进行了二维和三维模拟,分析其可行性和存在的问题。采用标准的k~ε紊流模型描述水流流动、VOF模型跟踪水流自由表面,得到水深、流速和压力等一系列水力要素计算值,并将他与物理模型试验数据对比验证,结果基本吻合。分析研究表明:二维模拟完全满足溢洪道挑流鼻坎段前的水力特性研究需求,如若重点关注挑流鼻坎段水力要素特性,则建议使用三维数值模拟。     

小半径大底坡溢洪道弯道水流三维流场数值计算分析

水利枢纽溢洪道设计过程中常遇到陡槽弯道水流问题,复杂的弯道水流流态直接影响建筑物的布置和运行安全,对溢洪道陡槽弯道水力特性的研究具有现实和理论意义.本文采用RNGk-ε双方程模型模拟紊流,流体体积分数法(VOF)追踪自由水面,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对小半径、大底坡溢洪道陡槽弯道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果两者吻合较好.     

乱木水库溢洪道水流数值模拟

乱木水库溢洪道采用戽式消力池,池内水流流态复杂,消能效果难以确定.采用基于VOF方法的k-ε双方程紊流数学模型对下游消力池的水力特性进行数值模拟,并优化了体形.     

阶梯式溢洪道的数值模拟研究

为了充分研究阶梯溢洪道对水流的影响,采用标准k~ε模型模拟紊流,利用VOF法追踪自由水面,分别对某阶梯式溢洪道在设计洪水位和校核洪水位下进行了三维流场数值模拟,并将沿程水面高程、底板压力及断面流速分布的计算结果与模型试验数据进行对比验证,两者吻合良好,数值模拟能够快速提供更加细腻、完整的流场信息。计算发现,最大负压值位于首个台阶立面处,从而为溢洪道的优化设计提供可靠的依据。更多还原     

基于RNG k-ε紊流模型的溢洪道水力特性数值模拟

为分析溢洪道的水力学特性,基于VOF法和RNG k-ε两方程紊流模型,根据溢洪道的布置方案,对不同水位工况下溢洪道的水力学问题进行数值模拟研究,分析溢洪道的水流流态、泄流能力、水面线、挑距和消能率。数值模拟结果表明：溢洪道水流流态平顺,无严重摆动和激荡现象;边墙设计高度均大于校核水深与安全加高之和;数值计算的泄流量较规定公式计算结果大;库水位越高挑距越大,消能率越高。     

基于CFD方法的溢洪道下游水流数值模拟

采用计算流体力学方法对溢洪道的水流进行数值模拟.计算四种不同流速下溢洪道的流速、压力和深度等流量特性.由于实际流动是湍流,因此采用RNG湍流模型进行模拟.将溢洪道测压管压力和流速的数值计算结果与水工模型试验结果进行比较.平均速度值的计算结果与实验结果之间的最大差异为5.47％,测压压力值的最大差异为7.97％.数值结果...     

溢洪道挑流消能数值模拟计算模型的选择

采用数值模拟的研究方法,以溢洪道为研究对象,分别采用标准k-ε模型与RNG k-ε模型,对溢洪道进行二维水气两相流数值模拟,通过与物理模型试验数据相对比,探究不同计算模型对溢洪道数值模拟计算所得数据的准确性。经验证标准k-ε模型计算所得结果较为准确,且耗时较短。     

双浅水垫消力池水力特性的数值模拟与试验研究

本文结合大渡河泸定水电站右岸2#泄洪洞出口消力池体型优化试验,在一般浅水垫消力池体型的基础上,提出了一种双浅水垫消力池的新体型。为了深入探究该型消力池的消能机理及其水力特性,采用三维RNG k-紊流模型对双浅水垫消力池进行了数值模拟计算研究,并与传统的底流消力池及单浅水垫消力池（跌坎式）的数值计算结果进行了对比分析,结果表明双浅水垫消力池更能充分发挥浅水垫的“垫层”作用,能有效的降低消力池临底流速,水跃流态更好且稳定,消能效果较佳,同时,消力池底板动水压力分布也更加均匀,对消力池稳定性和安全有利。     

丁坝冲刷的三维紊流模拟研究

丁坝附近的流态和冲刷情况在工程中一直受到人们的重视.本文采用三维RNG紊流模型,结合璧面函数法,利用VOF方法和空度方法处理不规则边界、河床变形及自由水面,采用不平衡推移质输沙模型,同时考虑床面坡度对推移质输沙及临界启动切应力的综合影响,精细模拟了丁坝附近的流场、地形冲淤变化、冲刷坑形态等,并把计算结果与实验资料进行了对比分析,二者吻合较好.模型准确的反映了丁坝局部流态、冲刷的过程和特征.     

带消力池的交汇泄洪洞水力特性数值模拟

为探究支洞设置消力池时主、支洞交汇区域水力特性,采用RNG k-ε紊流模型结合VOF方法对某工程交汇泄洪洞水流进行了三维数值模拟.结果表明,交汇区域主洞右边墙处水深先增加后减小,左边墙处先减小后增加,下泄较长距离后横向水位趋于一致;交汇口侧下游附近最大负压随交汇角增大而增大;交汇角减小时,分离区最低水位位置向主洞下游移...     

循环水泵流道的三维数值模拟与优化设计

通过建立基于RNG湍流模型的三维数值模型,对某循环水泵房前池和流道进行了数值模拟,重点对稳态及瞬态的水力特性进行了分析研究。结果表明:正常运行水位下,各工况的水泵喉部流速偏差均小于10%,能保证水泵安全稳定地运行。但在最低运行水位下,吸水池内涡量较大,为此提出了设置消涡胸墙的优化方案。两台水泵同时事故停泵时,会造成循环水泵房的暂时性溢流,可将泵房内人孔移至泵房外且运行水位降低0.30 m;两台水泵同时启动时,前池水位降低最大,但最小淹没深度仍能满足水泵的安全运行要求。     

阿拉沟水库溢洪道水流特性数值模拟

采用标准k～ε湍流模型,利用VOF法追踪自由水面对阿拉沟水库溢洪道设计和校核工况下水面线、断面流态进行数值模拟,并将两种工况下水流特性进行比较,结果表明水面线实测值与计算值二者吻合良好,各断面平均流速实测值与计算值误差在允许范围内。因此采用数值模拟能够反映不同工况条件下溢洪道的水流特性,可为溢洪道结构设计提供可靠依据,具有一定的实际应用价值。     

库什塔依水电站导流兼泄洪洞底流消能设计的数值模拟

库什塔依水电站导流兼泄洪洞出口消能根据地形条件采用底流消能工消能。通过采用RNG k~ε模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对通过物理模型试验最终确定的消力池及其辅助消能工体形进行三维流场数值模拟计算,并将物理模型试验结果与数值模拟计算结果进行对比,分析表明两者吻合较好,其结果可以为底流消能体形优化设计提供依据。     

高水头明流泄洪洞三维数值模拟

导流洞改建为龙抬头式泄洪洞是一种常见的改建形式,其局部水流流态十分复杂。研究一种高水头龙抬头式明流泄洪洞,采用RNG k~ε模型和标准壁面函数模拟紊流,利用几何重构的VOF模型追踪自由水面;对某龙抬头式泄洪洞在设计洪水位闸门全开情况下进行了三维流场数值模拟。将沿程水面高程、底板压力及掺气空腔长度的计算结果与模型试验数据进行对比验证,两者吻合良好,从而为工程设计提供参考。     

克孜加尔溢洪道控制段体形优化的数值模拟

通过采用RNGk～ε模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对克孜加尔溢洪道的双孔闸门与单孔闸门方案进行三维流场数值模拟,并将两种方案下的溢洪道自由水面高程、断面流态模拟计算结果进行对比,分析表明双孔方案由于受到闸墩以及较大折冲角度的影响,单孔方案比双孔方案控制段后水流流态更好,其结果为溢洪道控制段体形优化设计提供了参考。     

侧墙掺气坎水力特性的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了侧墙掺气坎的水力特性。与试验结果对比分析表明,用紊流数学模型来模拟泄水道反弧末端侧墙掺气坎的水力特性是可行的。数值模拟表明,不论是跌坎上游侧墙贴角,还是跌坎下游侧墙突扩,当侧墙掺气坎尺寸较大时,均会出现反弧末端过坎射流落水点下游两侧水翅串顶的不利流态。其控制条件为底空腔和侧空腔的相对长度,当侧空腔长度大于底空腔长度时,较长的侧空腔就为跌落至底板的紊动水流提供了流动通道,会出现不利流态,反之,当侧空腔长度较小时,能形成较好的流态。过坎水流落水点下游的流态对跌坎上游侧墙贴角尺寸较为敏感,相对而言,对跌坎下游侧墙突扩尺寸就不那么敏感。数值模拟也证实,采用尺寸较小的侧墙掺气坎,形成较小的侧空腔,能满足进行侧掺气的同时具有较好的流场水力特性。     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

文中总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围；对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在效能效果、消力池长度等方面进行比较，分析了这两种方案各自的特点。结果表明，台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段，而且相对于光滑面溢洪道，大大缩短了消力池的长度，降低了投资。     

台阶式溢洪道消能特性的研究

结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道水力学模型试验结果,引入了相对消能率和单宽消能功率,总结了台阶高度、单宽流量与消能率、相对消能率和单宽消能功率的变化规律,重点研究相对消能率的变化规律。研究表明,流量增加时台阶溢洪道的相对消能率和单宽消能功率逐渐增大,表明台阶所起到的消能功效增强了。