丁坝附近湍流的数值模拟

以三维水流运动方程为水流控制方程,采用RNG κ-ε模型来处理紊动项,建立了模拟丁坝绕流的湍流模型,并对单一丁坝的湍流场进行了计算.结果表明:计算结果与水槽试验资料吻合较好,并在一定程度上反映了丁坝绕流流场和丁坝的回流长度等水力特性的变化规律.     

丁坝长度对弯道水力特性影响的数值模拟研究

于河道弯折处设置丁坝后,其水流特征显著改变,为探究该问题,采用RNG k-ε湍流模型及VOF模型对60°弯道内的单丁坝绕流进行了三维数值模拟,模拟中分别计算了设置3种丁坝的工况(模型单丁坝的长度分别为0. 15、0. 25、0. 35m)。基于数值计算的结果,重点对弯道流场结构、断面流速分布、湍流特征参数和液面特性等进行了分析探讨。研究表明:水流流经无丁坝的弯道,会对凹岸产生冲刷,凸岸造成淤积;丁坝的布设,加剧了凹、凸两岸的流速不均匀性,削弱了对凹岸的冲刷,调整了水面横比降;当丁坝长度增长,混流区的尺度变大,流体湍动能以及湍流黏度的强度和作用范围随之变大;在坝后流动分离区域,湍动能呈现最大值,在坝后旋涡中心区域,湍流黏度呈现最大值。     

光滑及粗糙明槽湍流流动大涡模拟

采用大涡模拟（Ｌａｒｇｅ Ｅｄｄｙ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）方法和Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ亚格子模型数值计算了光滑及粗糙明槽湍流运动。以槽高为参考长度的雷诺数分别为３０００，２２８００和１０＾５，数值离散方法为有限体积法，自由面的处理使用了简单了刚盖假定，固壁面采用了壁函数，与低雷诺数直接模拟（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｉｍｕｌａｔｔｉｏｎ）和物理实验结果相比，本文数模呈现了良好的预测效果，估计的湍流宏尺度（Ｍ     

基于弱可压缩理论的射流泵流场数值预报

应用弱可压缩流体控制方程和大涡模拟湍流模型，采用MacCormack的预估一校正方法对射流泵内流场(二维)进行了数值模拟。经过对不同射流泵运行工况的计算，都取得了令人满意的预报结果。研究表明，弱可压缩流动方程能代表低马赫数时的真实流动现象，且方程具有双曲性质易于数值求解。数值模拟结果可为改进射流泵性能提供依据。     

淹没丁坝三维水流数值模拟研究

采用两相流混合模型,并选取Realizable k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠淹没丁坝绕流水力特性进行三维数值模拟。速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用了VOF(Volume of Fluid)法。通过模拟得到了水面线、流速等水力参数的分布规律。模拟结果与实测资料的对比表明:两者吻合较好,VOF方法和Realizablek-ε模型的耦合求解能够很好地模拟明渠淹没丁坝绕流的水力特性,为丁坝的设计、布置与施工提供理论基础支持。     

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.     

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。     

基于WENO格式的天然河道丁坝群二维水流数值模拟

本文应用高精度WENO(Weighted Essentially Non-oscillatory Schemes)格式结合有限体积法建立了河道丁坝群二维水流的数学模型。采用此模型对实际天然河道丁坝群水流水力特性进行了数值模拟,得到了流速场的分布,并与物理模型试验结果进行比较,表明这类格式精度高,稳定性能好,能够有效地计算复杂边界天然河道丁坝群二维水流水力特性问题。     

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。     

丁坝群附近流场及局部冲刷的三维数值模拟

为探索丁坝群附近水流流场,揭示其局部冲刷的形成机理,该文采用Flow-3d软件,选取RNG k-ε湍流模型和以希尔兹(Shields)数为基础的泥沙推移质输沙率模型对上挑丁坝群的周围流场分布和局部冲刷进行了三维数值模拟。研究发现,丁坝群间涡系结构复杂,第一座丁坝坝头处有一对反向的旋涡和下潜水流,切应力达到最大值,使得该位置有较大冲刷坑发生,解释了冲刷机理。冲刷坑的模拟深度和范围与实验结果吻合较好,表明该模型可以用于丁坝群及相关河道整治工程的流场和冲刷坑计算。     

子格（SGS）模型在内流湍流中的大涡模拟

本文将子格模型应用于大涡模拟，对直方管，弯方管和弯曲槽道内充分展湍流，进行了数值模拟，并将所得的结果与实验数据作比较，计算表明，应用于子格模型的大涡模拟可以用来模拟比较复杂的内流，研究湍流运动的结构，检验湍流模型。     

基于FLUENT的丁坝回流区数值模拟

利用FLUENT中的k-ε湍流模型和VOF模型,对非淹没的圆头、拐头和梯形丁坝回流区流场进行了数值模拟。首先将文献试验与模型计算进行了对比,结果吻合良好。然后进一步对不同类型丁坝进行了模拟。计算结果表明,不同类型丁坝的坝后回流区范围不同,圆头坝坝后回流区范围最大(涡长和涡宽),拐头坝次之,梯形坝最小。同一丁坝下,随着水深增加,圆头坝和拐头坝坝后回流区范围减小,且越接近水面减小越慢;梯形坝由于有坡度,结果与前两个丁坝结果相反。     

湍流模型在浮力回流中的应用与其发展

通过湍浮力回流的数值模拟计算，提出了扩展的Ｋ－ε湍流模型、双流体湍流模型及简化的湍流应力代数模型，这些模型的计算结果与实测值符合较好，其中双流体模型在模拟温跃层温度突变现象中实际情况较为一致。     

方柱绕流流场的RNG方法模拟研究

基于RNGk ε湍流模型,使用FLUENT6.0软件对方柱绕流流场进行了数值模拟。采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N S方程,计算结果与Durao等人的实验数据进行比较,结果表明,RNGk ε湍流模型可以成功地模拟绕方柱的不稳定、非定常和剧烈分离流动.对于与时间相关的大尺度运动—旋涡脱落的尾流的详细结构,能够给出真实的反映。     

三峡水轮机全流道三维流动数值模拟研究

本文使用商业CFD软件FLUENT,开发了部分接口程序,进行了全流道原型水轮机三维湍流数值模拟研究,计算对象是中国水利水电科学研究院机电研究所为三峡右岸开发的水轮机模型,该水力模型有完整的模型试验资料,可用于检验计算结果。水轮机全流道三维湍流数值模拟,计算区域为包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管的全部流道。模拟中控制方程采用了三维时均N—S方程、湍流模型采用两方程RNG k-ε模型,数值方法采用贴体坐标的有限体积法。共进行了3个开度条件下的计算,每个开度各进行4个典型工况的三维湍流流场模拟,通过数值方法求解控制方程,获得了全流道的流速和压力分布。计算结果表明流速和压力分布合理,数值计算得到的效率与试验得到的效率进行比较,结果吻合良好。     

基于NUMECA软件的水轮机内流场数值模拟

在单方程模型的基础上,推导求出双方程湍流模型.并且运用NUMECA公司FINE系列软件采用单流道法,对HLA 616水轮机转轮内部流动特性进行数值模拟.对转轮及叶片上的速度和压力分布进行了分析.减少了计算时间,提高了计算效率.     

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.     

基于直接数值模拟数据和神经网络的湍流封闭模型构建

雷诺平均Navier-Stokes方程(Reynolds-averagedNavier-StokesRANS)是目前工程上高效数值模拟湍流的基本方法,但这一方法需要给出关于雷诺应力的湍流封闭模型。该文从环形方管流场的直接数值模拟(DirectNumerical Simulation,DNS)数据出发,构建了一种基于神经网络的湍流封闭模型。文中利用环形方管流场DNS结果中的平均速度场及其梯度场作为流动特征输入量,与雷诺应力张量中各分量分别建立神经网络映射,从而构造出平均速度场及其梯度场与湍流雷诺应力的非参数化映射关系。计算结果表明,通过对环形方管DNS数据的深度学习,神经网络模型可有效地表达湍流时平均流场与雷诺应力之间的映射关系,并且能够准确地重构DNS所给出的雷诺应力,进而采用RANS基本方程捕捉到传统湍流模型中难以模拟的湍流驱动二次流现象,为新型湍流封闭模型的构建及其工程计算的实现提供创新思路。     

光滑及粗糙壁面明渠湍流流动数值模拟

利用FLUENT软件对光滑及粗糙壁面明渠湍流流动进行数值模拟,分析了断面分区结构及流速分布、湍动强度分布、壁面切应力及摩阻流速。数值离散方法为有限体积法,自由表面的处理采用简单的"刚盖"假定,固壁面处理采用壁面函数法。将数值计算结果与物理模型试验结果作了比较,发现两者吻合得较好,表明FLUENT软件在计算明渠湍流过程中能够得到很好的模拟效果。     

涡旋管内强旋湍流气固两相流的数值模拟

本文建立了基于一种合理考虑湍流-离心力相互作用的新的代数Peynolds应力模型和颗粒随机轨道模型的强旋湍流气固两相流动数学模型。应用该模型对新型涡旋管内的强度湍流气固两相流进行了数值模拟，揭示了涡旋管内气固两相湍流流动的基本特性以及改变切向出口气体流率对流动的影响。