X型裂隙破裂试验及数值模拟研究

为研究交叉裂隙对类岩石试样的物理力学性质的影响,制备了与岩石物理力学性质相似的类岩石材料,并对含不同角度主次裂隙的标准立方体试样进行单轴压缩试验,得到试样最终破坏模式及应力-应变曲线,同时利用RFPA对其进行了数值模拟研究,得出研究结果,可为认识水工裂隙岩石破裂规律提供参考。     

基于结构化网格的风力提水机叶片三维数值分析及试验研究

采用FLUENT软件对设计的具有航空翼型的带扭转角的风力提水机叶片进行了结构化网格数值模拟分析。计算结果表明,所设计的低实度风轮风力提水机能在2.8 m/s的轻风下起动,叶片三维流动特性良好。在额定工况下叶片气流未出现明显分离现象,最大风能利用系数可达0.43,较传统的风力提水机的风能利用率提高22.8%。最后通过小型开口低速风洞的叶片物理模型试验进一步验证了数值模拟的可靠性。     

丁坝水流的水槽试验及数值模拟研究

该文进行了丁坝绕流水槽试验,采用测压管和激光多普勒测速仪(LDV)测量了正交绕流单丁坝附近的水位和流速,同时利用商用软件CFX,基于有限体积法,采用k-ε湍流模型,数值模拟了丁坝附近水流的三维流动过程,并将水槽试验结果与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明,该模型能有效地模拟丁坝附近区域复杂的水流特征,可以在河道整治过程中为丁坝的设计提供基础数据.     

仿自然鱼道的一般布置原则及数值模拟研究

拟建的阁山水库会阻断鱼类的洄游通道,为解决鱼类上溯问题,将同时布置仿自然鱼道。基于 仿自然鱼道的一般布置原则,建立了适合研究仿自然鱼道数值模拟的ＣＦＤ模型,并通过物理模型试验研 究成果进行了模型验证和率定。在此基础上对鱼道不同的障碍物布置尺寸和间距开展了优化比较,通 过研究鱼道内的流速分布及流量等水力参数,确定了较合理的障碍物布置形式。研究表明,增大障碍物 的尺寸和减小障碍物的间距均可以增强对水流的阻碍作用。综合分析后推荐本鱼道工程障碍物布置的 较合理形式为:高2．0ｍ,长4．0ｍ,宽2．5ｍ,间距10ｍ。此布置形式在设计工况下,鱼道内的流速范围 为0．3ｍ／ｓ～1．2ｍ／ｓ,主流明确,能够满足各种鱼类的上溯要求。     

斜接型交汇河段水流特性试验及数值模拟研究

以新疆塔里木河段复杂的干支流分布为背景,对交汇角度为45°的斜接型交汇水流进行试验研究,分析得到在交汇角度为45°,模型尺寸大小、地形条件相同,改变汇流比RQ时,RQ越小（即主流流量越小,支流流量越大）,流速变化范围越大,主支流混掺紊动情况越明显,分离区面积增大,主支流上游越易壅水;在汇流比、交汇角度、形体尺寸等条件不变的情况下,改变交汇区域地形,地形越复杂交汇区域紊动情况也越剧烈;在只改变主支流交汇角度的情况下,交汇角越大,越不利于下游水流顺畅,但最大流速区在交汇口下游向对岸移动,易对交汇区域岸边产生冲刷,因此在实际工程中应综合考虑现实问题来确定所要设计的交汇角度。所得数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好。     

大颗粒在水力提升系统中运动特性的 数值模拟和试验研究

为掌握大颗粒在水力提升系统中的运动特性,进行了数值模拟和试验。详细分析了系统内部速度场、颗粒的颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参数,对数值模拟结果和试验数据进行了对比分析。同时,对比研究了颗粒的沉降速度和浮游速度。结果表明：颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布;径向速度的绝对值都很小;颗粒的浮游速度小于其沉降速度。     

水力自动滚筒闸门振动特性的数值模拟及试验研究

水力自动滚筒闸门在泥沙淤积的情况下开启自如,可有效利用洪水资源。为将这一构想应用于实践工程,本文在模型试验和理论分析的基础上,结合数值模拟,研究了水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动特性分布规律。对试验中不同种类运行工况下圆筒闸体振动加速度、振动频率、振动位移等振动特性进行研究与分析。利用ANSYS力学分析软件对横置圆筒闸体进行三维建模。考虑振动等动力学特性,采用双向耦合分析以解决振动与大变形问题,采用有限单元法对瞬态控制方程进行离散。比较振动位移的模拟计算结果与试验所测定结果,其变化趋势基本吻合,均当圆筒顶部在水面线附近时简体的振动位移达到最大。筒体在动水压力作用下的最大位移主要发生在沿水流方向的筒顶位置,需要在运行中加以注意。上述结论对于研究、设计直至具体制造应用这一新型自控闸门提供了重要的理论与试验依据。     

同向流中圆形射流的试验及数值分析研究

采用激光诱导荧光技术（laser induced fluorescence, LIF）对同向流动环境中圆形射流的标量物质浓度场进行定量化研究,获得同向流动环境中圆形射流的中心线浓度变化规律和沿程各断面上的时均浓度分布规律,并与同类试验研究成果进行对比验证。利用通用CFD软件Fluent,建立同向流动环境中的圆形射流数值模型,采用可实现k-ε紊流模型封闭雷诺时均方程,计算结果与试验结果进行比较验证。研究表明,数值模型能有效地补充相应的试验研究工作,为将来更复杂的射流问题研究提供了可靠并且灵活的试验和数值研究平台。     

基于地下水回灌试验及数值模拟的秦岭山前洪积扇地下水库调蓄功能研究

实施秦岭山前截洪引渗工程,充分利用地下水库调蓄能力,对于解决水资源时空分布不均、改善关中地区水资源短缺、提高水资源利用率有重要意义。为进一步研究秦岭山前洪积扇地下水库调蓄功能,选取太平河洪积扇进行地下水回灌试验,并使用Visual MODFLOW软件对调蓄功能进行数值模拟。结果表明:在所设计的4种调蓄方式下,平均调蓄深度约为10 m,太平河、秦岭山前洪积扇调蓄估算量分别为3374.8万m3、27.04亿m3,如适度加强补采,可激发更大调蓄潜力。     

配水器流场的数值模拟

用数值方法模拟注水井中所用配水器内的三维粘性流场,计算不同规格水嘴在不同注水流量下的总压损失情况,并对流场进行分析。研究了总压损失与水嘴直径和注水流量之间的关系,得出了二者间的影响方程,为油田注水井分层流量调配提供依据。     

Numerical simulation of scouring funnel in front of bottom orifice

The scouring funnel in front of a bottom orifice under the condition of fixed water levels is simulated by using an Eulerian two-phase model, with onsideration of the flow-particle and particle-particle interactions. The predictions of the scouring funnel shape agree well with laboratory measurements. The flow-field characteristics of the two phases and the influences of the hydraulic and geometric parameters on the shape of the scouring funnel are analyzed on the basis of the computation results. It is revealed that the non-dimensional maximum scour hole parameters, the depth d_m / d_o, the length l_m / d_o, and the half-width w_m / d_o, are linear with the densimetric Froude number Fr_o, the main parameter describing the scour hole, the centerline scour depth D_c and the half-scour width W_r vary according to a power law, and the transverse scour profiles exhibit strong similarities, the velocity distribution of the water is confined within the sink-like area near the orifice, and the mutual impact of the flows at the azimuthal sections and the resistances of the walls and the sand layer produce a vortex in the scour hole, that makes the sand particles to be suspended in the water, the exchanging water in the pore water is the main contributor in forcing the sand to move, and transporting the sand in the same direction as the pore water along azimuthal sections.     

夹砂层土壤膜孔灌水分入渗规律数值模拟与试验验证

为认识膜孔灌条件下具有砂质夹层土壤的水分入渗规律,应用非饱和土壤水动力学理论,基于Richard方程建立了膜孔灌夹砂层土壤水分入渗数学模型,利用SWMS-2D软件求解,并采用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)和纳什效率系数(NSE)对累积入渗量、湿润锋运移距离和土体剖面含水量的实测数据与模拟数据进行统计分析。结果表明:MAE值和RMSE值接近0,PBIAS10%(PBIAS=-6.36%~-0.81%),NSE接近1(NSE0.97),表明两者具有较好的一致性。所建模型可以较准确地反映夹砂土体膜孔灌水分入渗状况,证明SWMS-2D可以作为研究工具来模拟分析夹砂土体膜孔灌土壤水分入渗特性。     

三岔管内水流流动的数值模拟与实验研究

结合江苏宜兴抽水蓄能电站工程建设中钢岔管的设计要求，对分岔角为64°的三岔管内水流的流动进行数值模拟与实验研究。计算中选择SIMPLE方法求解三维雷诺平均方程和k-ε两方程湍流模型，实验采用数字图像测速(DPIV)系统和在试验段前后断面上安装液体差压计对三岔管中心的水平面内的压强差进行测量。研究结果表明，无论水头损失还是三岔管内水流的流动模式，计算与实验吻合得较好，同时反向双管流动较正向双管流动的能量损失大，在相同的流速情况下，单管流动比双管流动的能量损失大，正向单管比反向单管的能量损失大。     

火电厂循环水系统高位集水池水面波动数值模拟研究

针对火电厂循环水系统高位集水池在水泵启动及事故停泵过程中的水面波动现象,利用CFD软件采用VOF方法,通过UDF给定瞬态边界条件,对某电厂流道承压式与流道开敞式两种设计方案的高位集水池,在3台泵同时启动及同时事故停泵过程中的水面波动现象进行了数值模拟。计算结果表明,启动工况及事故工况下,流道开敞式的钟形进水流道由于增加了钟形吸水室的自由水面面积,较流道承压式的肘形进水流道更能减弱对高位集水池段的水面扰动。在重点考虑高位集水池段在水泵启动及事故停泵过程中水面波动的情况下,建议采用流道开敞式的循环水泵房布置形式。     

计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用

计算流体力学数值模拟方法可用于各种流体的绕流特性分析,在大跨桥梁、水利工程、土木工程、航空航天等领域均有着广阔的应用前景。将此方法与传统的风洞试验方法进行了对比分析,对计算流体力学数值模拟方法的特点、应用领域及基本方程等进行了阐述。通过具体算例,探讨了计算流体力学软件Fluent关键参数的设置,并将数值模拟的计算结果与风洞试验结果进行了分析比较。结果表明,Fluent计算结果与风洞试验结果在分布规律上完全一致,在建筑物表面各点的风压分布上,也吻合的较好。     

火电厂空冷平台换热的数值模拟

本文利用计算流体力学软件对火电厂中直接空气冷凝器的换热情况进行数值模拟。并根据计算结果提出增加空冷平台最外一圈风机功率及在空冷平台下方修建挡风建筑以提高空冷平台换热效率的可行性建议。     

基于CCHE模型的石门子渠首弯道水沙数值模拟

采用CCHE 2D软件中的k-ε闭合紊流模型,对大西沟石门子渠首人工弯道段进行二维水沙数值模拟研究,得到弯道水位横比降、典型断面泥沙冲淤形态、泥沙的横向输移现象以及泥沙冲淤后的河床变形,并将断面泥沙冲淤形态与物理模型试验数据进行对比,二者吻合较好,并且符合弯道凹岸冲刷,凸岸淤积的机理。通过对比分析可知,CCHE2D软件在用于模拟弯道水沙运动时,可充分展现弯道环流作用下的泥沙冲淤效果,但对于横断面环流作用下的流速矢量分布及水沙变化过程还需借助三维软件。     

长距离泵输水系统事故停泵水锤数值模拟研究

为了确定输水系统事故停泵水锤的合理防护措施,根据辛安泵站长距离高扬程的工程特点,建立水锤数学模型。通过模拟计算,确定了两阶段阀门的最优关闭规律,并将水泵出口设置两阶段关闭蝶阀、无关闭阀、蝶阀和空气阀联合防护3种不同条件下停泵水锤水力瞬态过程计算结果进行对比分析。结果表明：所建立的数学模型合理,蝶NN空气阀联合防护措施效果明显,为管道和泵站的设计提供依据。     

多出水口蓄水池的三维数值模拟

本文运用FLUENT软件对不规则蓄水池在3种不同流量下的水流流场进行了数值模拟,得出不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果进行比较,发现两者比较吻合.表明:FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的.