非淹没丁坝附近三维水流运动特性的研究

非淹没丁坝是河道整治工程中一种常用的水工建筑物。为了分析非淹没丁坝布置效果，对丁坝附近三维水流运动试验研究和数值模拟。建立了三维水流大涡模拟数学模型，采用迭代法求解速度和压力，再由离散化的自由水面运动方程求解自由水面；根据试验观测的水面线和流速分布资料，对数学模型进行验证。在此基础上，数值比较了三种丁坝(上挑，正挑，下挑)附近水流运动特性，结果表明，非淹没丁坝对水流运动影响较大，但三种形式的丁坝对水流的影响差别不大，相对而言，下挑丁坝对坝头防护效果较好。     

溃坝水流在复杂河道中传播的三维数值模拟

为研究河道弯曲和障碍物对溃坝波传播的影响,采用有限体积法对描述水流运动紊流模型和描述自由水面运动的VOF方程进行离散,建立了溃坝水流运动的三维数学模型,并对急弯河道进行了数值模拟计算。急弯河道溃坝波传播过程的模拟结果与前人实体模型试验结果基本一致。利用该模型研究了丁坝附近溃坝波传播的特性和溃坝水流的内部结构,数值模拟结果表明,溃坝波的传播受河道弯曲或障碍物的影响,产生反射和绕射,使得局部溃坝水流呈明显的三维特性。上游丁坝迎水面受到溃坝波波前的直接冲击,其动水压力远大于作用于下游丁坝的动水压力。另外,障碍物对溃坝水流的影响主要局限在障碍物上游和下游一定范围内,在此范围外,水流呈二维或一维特性。     

布设丁坝对60°弯道水流特性影响的数值模拟研究

分别采用RNG k-ε模型和大涡模型结合气液两相流模型对60°弯道内布设丁坝前后的水流特性进行了数值模拟研究,采用VOF法捕捉自由水面,采用隐式算法SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)求解速度与压力耦合方程组,有限体积法用来离散控制方程。对弯道内的水位、流速、弯道横比降的模拟值与实验值进行了比较分析,得出:大涡模型对弯道内水流流态的模拟精度较低,与之相比,采用RNG k-ε模型能更好地模拟出弯道内布设丁坝前后的流场特性。     

丁坝对弯道水流水力特性影响的研究

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法,利用RNG k-湍流模型封闭Reynods方程,VOF法追踪自由表面,通过有限体积法离散求解,模拟研究了不同弯道中心角情况下,丁坝对弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明:在丁坝影响下,弯道水流水面横比降计算公式需要进行修正,应当考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响。     

锥阀附近水力特性的数值模拟

采用有限体积法离散求解二维水流运动方程,辅以RNG k-ε湍流模型,模拟了锥阀附近的湍流流场分布,对于自由水面的处理采用了VOF法.通过对压力场、速度场以及流线的分析和试验,认为锥阀联合消能罩是一种有效的高水头消能工.     

溢流丁坝附近自由水面的实验研究与数值模拟

在整治河道中，丁坝的存在使得丁坝附近自由水面及流场的三维特性非常突出，对这种三维特性非常突出的自由水面和流场的模拟在计算流体力学的应用中一直是个难点。作者对溢流丁坝附近的自由水面进行了实验研究，应用VOF方法和标准的k～ε模型耦合求解对丁坝附近自由水面的模拟，模拟结果与实测值吻合较好，说明VOF方法可以在丁坝附近自由水面的计算中应用推广。同时，还对溢流丁坝附近的流场进行了预测。     

突发性危险化学品水污染扩散过程的模拟

将突发性危险化学品水污染迁移扩散过程与自由水面流动联系起来,利用两相流理论建立三维瞬态自由水面流动的VOF压缩性模型。建立危化品迁移扩散的浓度压缩性模型,该模型能体现自由水面上水和空气相对速度对危化品迁移的作用。在VOF和危化品界面重构方法上采用高分辨率格式。数值模拟非淹没丁坝附近三维水流、岸边排放危化品和弯曲水槽中危化品扩散,模拟结果与试验结果及其它数值结果作了比较,表明本文建立的数学模型能准确地模拟水流三维特性突出的自由面、流场和危化品迁移扩散过程。     

陕西省澄城县大峪河李家河村段河道水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用有限体积法离散控制方程,同时结合VOF法处理自由水面,采用Multi-block与FAVOR技术结合的方法划分网格.基于此数学模型,以大浴河罗家洼乡李家河村段河道整治工程为背景,应用Flow-3D软件对不同工况下的河道流场进行模拟计算.得到复杂河道多种工况下的流场信息,包括:水流流态、流速分...     

丁坝群附近流场的三维数值模拟研究

丁坝具有导流、护岸、调整水深和营造局部冲淤等众多功能,在实际工程中应用广泛。文章采用有限体积法对正挑丁坝群的周围流场分布进行了三维数值模拟,以期深化对丁坝群附近的水流流场及局部冲刷机理的认识。研究发现,流场中有三个大的逆时针旋涡产生,第一座丁坝坝头处有下潜水流,且切应力达到最大值,是该位置发生严重冲刷的主要原因,且流量越大,冲刷越严重。     

深水航道整治中新型结构淹没丁坝水流力特性研究

为研究新型结构淹没丁坝的水流力特性,基于有限体积法与自由液面捕捉法,通过流体计算软件Fluent建立三维数学模型对不同流速、水深与坝长条件下新型结构齿形丁坝的水流力特性进行研究。同时,设计了比尺为1:50的物理模型对不同坝长条件下新型结构丁坝水流力进行补充验证,数值模拟结果与试验结果符合良好。研究不仅得到了丁坝流场流速与水深的分布规律,同时分析了不同流速、水深与坝长条件下新型结构齿形丁坝的水流力响应规律,进而通过量纲处理分析了相对坝长与淹没度对水流力系数的响应规律,通过独立化分析的方法分别探讨了相对坝长与淹没度对丁坝水流力系数的敏感性。研究成果为新型淹没丁坝在长江南京以下12.5 m深水航道整治工程的应用提供一定的技术支撑与科学指导。     

涌潮水流CFD数值模拟

涌潮是一种对涉水建筑物冲击巨大的非线性强间断流,实现涌潮的小尺度精细模拟是分析涉水建筑物在涌潮作用下结构稳定性的前提。采用大涡模拟(LES)技术求解N-S方程,利用流体体积法(VOF)实现对自由水面的追踪,边界上给定基于涌潮理论公式推导出的涨潮流速与水深条件,进行了涌潮的小尺度精细模拟。结果表明,数值模拟得到的涌潮传播速度与理论值比较接近,Fr < 1.3时为波状涌潮,Fr>1.5时为旋滚涌潮,涌潮形态分区与前人的试验成果吻合。在涌潮传播过程中,潮头处流速最大,且表层流速波动幅度始终大于中低层流速波动幅度,旋滚涌潮潮头水体紊动比波状涌潮强烈。模拟结果同时表明涌潮潮前水深与涌潮高度是影响潮头流速波动和形态的主要因素。上述涌潮模拟方法可为涌潮河段涉水建筑物的结构设计及安全评估提供参考。     

Appropriate CFD Models for Simulating Flow around Spur Dike Group along Urban Riverways

The flow field around spur dike group is complex, noticeable, and widely encountered in the improving progress of urban riverways and coastlines. Detailed investigation on such flow phenomenon is necessary and of applied significance. In contrast to experimental study and field survey, the numerical simulation can provide much more details with relative low cost. Aiming to identify the appropriate Computational Fluid Dynamics (CFD) models for simulating flow around spur dike group, the flow fields around non-submerged and submerged spur dike groups, including eight spur dikes in staggered arrangement, were numerically investigated in this paper with selected CFD models and validated based on corresponding flume test, i.e., two sets of laboratory experiments and observed data collected. The numerical simulations were carried out using Finite Volume Method (FVM) and three turbulence models, i.e., standard k-ε model, Reynolds Stress Model (RSM) and Large Eddy Simulation (LES) model. In each model, the free surface boundary was implemented respectively via two approaches, i.e., rigid-lid assumption (RLA) and volume of fluid (VOF) method. The comparisons between the CFD outputs and the observed data from flume experiments show that all three turbulence models are capable to simulate the three-dimensional flow around spur dike group to certain degree. It is noticed that, with comprehensive understanding of simulation accuracy and computational time, aiming to rapidly capture the field characteristics of main flow for non-submerged spur dike group, the standard k-ε model under RLA method is recommended, while to achieve the fine simulation of spur dike field especially in backflow zone, LES model under VOF method is appropriate. For submerged spur dike group, comparing to simulation accuracy, simulation cost is not a major factor concerned and LES model based on VOF method is the most suitable one due to the overflow effect of spur dike crest and the backwater effect of spur dike body.     

3-D TURBULENT FLOW SIMULATION FOR THE TAIL WATER CHANNEL

３－ＤＴＵＲＢＵＬＥＮＴＦＬＯＷＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＦＯＲＴＨＥＴＡＩＬＷＡＴＥＲＣＨＡＮＮＥＬＧｕａｎＪｉａｎ－ｙｏｎｇ；ＣｈｅｎＢｉ－ｈｏｎｇ（ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ...     

CD无结构网格上的三维自由水面非静水压力流动模型Ⅱ：验证

对作者建立的CD无结构、z坐标网格上的非静水压力流动模型中的若干技术细节问题进行了进一步的阐述。提出一种改进的ELM(EulerianLagangian Method)方法求解对流项;紊流模型采用GLS(Generic Length Scale)模型,并针对急流的模拟提出一种给自由水面计算添加人工耗散以增强其稳定性的方法。通过微幅波、弯道环流、丁坝绕流3个典型算例对模型进行了基准测试,计算结果与解析解或试验资料吻合良好,表明本文模型具有能准确模拟非静水压力分布的流动和环流等的能力和良好的人工边界适应性。     

九龙峡水电站溢流堰三维数值模拟

利用 FLUNET 软件,以 k-ε湍流模型封闭 Reynods 方程,采用 VOF 法追踪自由水面,对九龙峡水电站表孔溢流堰的水流按定常流动进行了三维数值模拟。结果表明：溢流堰的泄流能力、水面线、压力分布和流速分布等计算结果与模型试验实测结果吻合良好,说明数值模拟计算可以用于一些水工建筑物泄流计算和设计     

淹没丁坝附近三维水流运动大涡数值模拟

通过大涡数值模拟研究了丁坝附近水流特性。在数值模拟过程中基本方程采用大涡模拟方程,由Smagorinsky模型得到小尺度涡粘性系数,在此基础上给出了大涡模拟数值计算方法;并利用试验观测数据,验证了数值模拟结果,同时比较了上挑、正挑、下挑3种淹没的不透水丁坝附近水流特性     

工程中液面波动的数值模拟

本文研究数值模拟含有自由表面的三维非定常流动的表面波动情况。运用部分单元法的概念成功地 各种复杂形状的边界以及复杂的边界条件和流场内部的障碍物，运用ＶＯＦ方法踪自由液面。     

Turbulence characteristics in free-surface flow over two-dimensional dunes

The turbulent structure of open-channel flows over two-dimensional dunes is investigated numerically using large-eddy simulation (LES), in order to improve our understanding of the interaction between the dune-generated turbulence and the free surface dynamics. The filtered Navier–Stokes equations in the LES model have been discretised using the finite volume method, with a dynamic sub-grid model being employed for the unresolved scales of turbulence. The partial cell treatment has been implemented in a Cartesian grid form to deal with the dune topography. Both the volume of fluid method and rigid lid approach have been employed in the numerical framework to investigate the effects of the free surface treatment on the flow characteristics. The numerical model predicted mean flow velocities, turbulence intensities and Reynolds stresses have been compared with experimental measurements published in the literature, with a detailed analysis being undertaken to assess the accuracy of the model results and the effects of the free surface treatment on the velocity and turbulence predictions. The instantaneous flow structure has been investigated, with emphasis being focused on the free surface dynamics and coherent structures.