挑流消能水气二相流数值模拟

采用VOF法对挑流消能从库区到下游水垫塘进行了全程水气二相流二维数值模拟。模拟了射流的空中轨迹线和水垫塘的自由水面，得到了计算域的流线、压力、流场、紊动能k及紊动能耗散率ε分布，并用物理模型对模拟结果进行了验证，二者吻合良好。说明利用湍流二相流模型及VOF法对空中射流水舌及水垫塘流态模拟是可行的。     

小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎数值模拟研究

窄缝挑坎在水利工程中应用广泛,但尚无成熟的设计方法,工程设计中窄缝主要参照类似工程初拟体型,并经模型试验优化后最终定型。但模型试验存在耗时长、费用高、常规仪器测量精度较低的不足。采用RNG k-ε紊流模型,利用Flow 3D独特的FAVOR网格技术,对小湾水电站泄洪洞窄缝挑坎进行三维数值模拟研究。模拟结果表明窄缝挑坎内水深、水舌形态、水舌前后入水点、水舌最高点及起跳角度等计算结果与模型试验、原型观测值基本一致。表明Flow 3D数值模拟研究方法可作为窄缝挑坎设计的一种方法,并可节省时间和工程费用,优势显著。     

扭曲型挑坎挑流的数值模拟

采用RNGK-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲型挑坎挑流进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑坎里的自由水面与挑流的空中轨迹线,得到计算域的速度、压强、湍动能K与湍动能耗散率ε的分布、内外挑距与水舌宽度,并与物理模型的试验结果进行比较,两者吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性、合理性。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

带差动挑坎的溢洪道流场三维数值模拟

采用RNGκ-ε紊流模型和VOF方法对某工程带差动型挑坎的溢洪道流场进行了三维数值模拟研究,详细描述了差动坎处的流速、压强等水力参数的分布规律,得出了高低坎挑射水舌的挑距、入水角。将部分结果与试验对比,符合良好,验证了数值模拟是准确可靠的,可作为模型试验的有益补充,为挑坎设计提供重要的参考依据。     

挑流消能预留冲刷坑的数值模拟研究

为探究预留冲刷坑对挑流水舌在下游水垫塘中消杀能量的效果,运用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法对工程实例中的连续式挑流鼻坎进行预留半圆形冲刷坑数值模拟。结果表明:虽然预留的冲坑深度增加了水舌竖直方向的下落距离,水舌入水速度和湍动能略有增加,但同时增大水舌长度。且下游河水的气相体积分数与湍动能耗散率均增加。     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

高重力坝挑坎体型及水力特性对比

基于水工模型试验方法,利用几何比尺为60的黄河古贤水利枢纽水工模型,研究了连续式、窄缝式、差动式、燕尾式、直边窄缝燕尾式及曲面窄缝燕尾式共6种体型挑坎的水舌特性及水垫塘底板的压强特性。结果表明:连续式挑坎水舌呈连续且集中的形态;当挑角为30°时,窄缝式挑坎并未呈现纵向拉伸的水舌形态,内外缘挑距大,入水宽度小,冲击压强与脉动强度较大;差动式挑坎水舌呈现分层分股的形态特征,入水宽度变大,冲击压强与脉动强度减小;燕尾式挑坎水舌纵向呈扫帚状,水舌面积增大,在空中扩散、掺气、摩擦消散充分,入水宽度大大增加,沿程时均压强未出现冲击压强且脉动强度最大值比连续式、窄缝式及差动式挑坎分别降低59.5%、69.8%和39.4%;曲面窄缝燕尾式挑坎横向收缩与纵向拉伸效果比直边窄缝燕尾式挑坎好,且横向收缩有利于近坝区水体紊动及削弱二道坝区水体紊动;燕尾式挑坎有利于水垫塘底板稳定和下游消能防冲,对于类似高重力坝挑坎体型选择具有一定参考价值。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

重力坝加高结合部位粘结性能试验研究

针对水库重力式大坝加高加固问题进行试验研究,对后帮式、前帮式、外包式以及戴帽式加高方式建立实验模型评价新旧混凝土结合面的粘结性能。抗折强度试验和微观电镜试验结果表明,四种类型的加高方式,外包式的结合面最大,抗折强度最高,粘结性能最强。采用水泥砂浆处理后增多了结合面的纤维状C-S-H凝胶,增强了新旧混凝土之间的粘结性能,合理的加固方式加上结合面处理有利于提高坝体的安全性能。     

桥梁对水流的影响分析

根据哈尔滨水文水资源勘测总站实测水下地图及水文资料,针对桥梁上、下游浅滩变化,分析桥梁对水流的影响。     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

小浪底地下厂房围岩稳定计算地质模型的研究

根据工程勘探资料,在分析小浪底枢纽地下厂房区主要结构面的分布规律及其特征的基础上,建立了几何传真概化地质模型,并采用不连续介质有限元离散化计算模型,模拟计算地下厂房围岩的应力应变。计算结果表明,所建立的概化地质模型符合实际地质状况,计算的应力分布与实测的变形特征相吻合,这与目前按常用的其它模型及连续介质计算的结果有明显不同。