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.     

横向水流作用下圆孔通气流场数值模拟

横向水流作用下圆孔通气流场在船舶、化工及水中兵器等领域广泛出现,影响流场流动状态的因素包括但不限于横向水流速度、通气流量、通气孔直径、表面张力、重力、气体可压缩性和通气方向。该文基于有限体积方法,结合VOF界面捕捉方法与大涡模拟(LES)方法,采用商用工程软件(FLUENT),建立了横向水流作用下圆孔通气多相非定常流场的数值模拟方法,并且分析了不同的横向水流速度和通气流量时气泡参数变化规律,以及通气泡的断裂频率,分析得到拟合关系式。     

基于FLUENT的折板絮凝池三维涡旋水流数值模拟

折板絮凝池复杂的涡旋流场对絮凝效果具有重大影响,借助大型流体软件FLUENT,采用κ-ε方程对不同角度的折板絮凝池内涡旋水流进行了数值模拟,比较不同折板絮凝池内水流流态和压力状态,结果表明90°异波折板与90°同波波折板组合对提高絮凝效果最为有利,这为折板絮凝池的工程设计提供了重要的参考价值.     

小石峡水电站溢洪道消力池结构优化的三维数值模拟

以新疆小石峡水电站为例,采用FLUENT软件、RNGk-ε紊流模型及VOF方法相结合处理了自由水面,并对溢洪道的流场进行了三维数值模拟,得到了优化溢洪道在设计流量1 856.2 m3/s时的泄流流态,并将消力池段自由水面线、底板压强、断面流速与模型试验结果进行了比较,结果表明数值模拟结果与模型试验结果吻合较好。     

FLUENT软件在泄洪洞体型优化中的应用

结合某水力发电工程泄洪洞,利用FLUENT软件对其内流场按4种网格间距进行了网格划分、流场数值模拟,通过数值模拟的流量成果分析确定了网格无关解的最优网格间距,指出网格无关解是计算成果可用的前提;另外,数值计算的压力值与试验值符合较好,证明了如果网格划分合理,则FLUENT软件在计算流场压力方面具有很高的精度,基本可以满足工程需要;特别在多方案的修改优化中,FLUENT计算较试验具有省时、省力且成果规律性强等优点,可作为水工模型试验的辅助手段。     

基于VOF模型的台阶式溢洪道数值模拟

为了深入研究台阶式溢洪道水流特性,通过利用FLUENT软件,采用标准k-ε紊流模型模拟湍流流场和VOF模型追踪自由水面的方法对某水库台阶式溢洪道流场进行数值模拟,得到了台阶式溢洪道的自由水面、水流流场、压强分布等水力特性,并与物理模型试验结果进行对比.结果表明:计算值与实测值吻合较好,数值模拟能够快捷获得更加全面的流场信息;同时发现,台阶内存在漩涡,紊动能和紊动耗散率较大,台阶水平面存在压强峰值,而垂直面出现负压区,可为台阶式溢洪道的优化设计提供可靠的参考依据.     

基于计算流体力学的往复式隔板絮凝池流场模拟分析

应用计算流体力学软件FLUENT对往复式隔板絮凝池进行了流场数值模拟分析.通过分析发现,池内的水流变化模拟特征与实际情况相吻合,能够较真实地反映流场内部微观的变化情况,从水力学的角度分析了流场对絮凝效果的影响.同时也可为工程设计人员的设计方案优化提供参考.     

离心泵性能预测及实验研究

借助CFD软件FINE,应用k-ε湍流模型,对离心泵内部全三维湍流流场做数值计算。计算结果表明:随着流量的增大,叶片表面压力梯度逐渐减小;在小流量工况时,水流冲击叶片进口工作面,大流量工况时,水流冲击叶片进口吸力面;流量大小与叶轮内的轴向漩涡的位置无关;与实验结果比较,表明在设计工况附近,数值模拟对离心泵内部的复杂三维流动的水力性能预测是准确的。     

多弯道溢洪道水力特性数值模拟研究

文中在物理模型试验的基础上,对多弯道溢洪道进行了数值模拟研究。采用FLUENT软件,引入适用于分层两相流的流体体积分数(VOF)模型求解自由水面曲线,成功地对龙屯水库多弯道溢洪道进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道底板压力、断面流速大小和三维流场的分布规律,并将数值模拟结果与试验结果进行了分析对比,两者基本吻合。试验结果表明:合理的选择数值模拟模型及参数,可以很好地模拟水流流态,可为工程所用。     

过堰水流数值模拟研究

文章运用FLUENT软件,以某城市景观河道的水流为研究对象,对小型实用堰的过堰水流进行了数值模拟研究。对过堰水流进行了数值模拟,采用FLUENT计算软件中的RNG k-ε模型(即重整化群k-ε模型)建立了三维水-气两相流模型,由于过堰水流水气交界面的波动较大,故选择VOF方法对水流的水气交界面进行跟踪模拟。控制方程的离散方法则采用有限体积法,并采用迎风差分格式进行空间离散。     

最优化技术在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计中的应用

加劲环式地下埋管的稳定是压力钢管设计中重要的问题之一,既要满足结构需要又要经济合理。文章在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计过程中采用最优化技术解决了钢管管壁厚度、加劲环厚度及加劲环高度最优选择的难题,对加劲环式地下埋管设计的经济性取得了借鉴性成果。     

考虑初始缝隙的埋藏式光面管临界外压经验公式

为了避免水电站埋藏式压力钢管发生外压失稳问题,以埋藏式光面管为研究对象,首先对比分析了国内外主要临界外压经典理论与经验计算方法的不足,总结出临界外压的主要影响因素。根据一系列试验数据和原型资料进行回归分析,建立了考虑初始缝隙的临界外压经验公式。采用一系例工程实例对比验证了该公式的有效性,表明该公式可用于压力钢管临界外压的计算。     

加劲巨型薄壁输水钢管外压临界失稳性能研究

通过研究加劲巨型薄壁输水钢管承受外压时的临界失稳状态，分析了其合理的加劲环形式、尺寸及布置间距，揭示了不同尺寸与布置间距的加劲环环管段在外压作用下临界失稳时存在藕合现象，并将耦合特性应用于加劲巨型薄壁钢管外压稳定优化设计。     

埋藏式钢岔管与外围结构的联合作用分析

为了更深入地了解埋藏式岔管与外围结构联合承载的力学机理,采用三维有限元法对岔管与外围结构联合作用做了精细的力学仿真。尝试了一种新的模型,即设置回填混凝土网格,模拟钢岔管、混凝土、围岩三者之间的两道缝隙及其力学接触行为,考虑混凝土承载后的塑性变形特征。结果表明,岔管与外围结构在空间中的相互作用过程复杂:由于岔管与外围结构联合承载,使钢材强度得到了充分的发挥;回填混凝土未沿径向均匀开裂,基于此假定的力学模型值得商榷;回填混凝土变形应被充分重视,有些部位的压缩变形甚至大于结构间原始缝宽,不利于联合承载;两道缝模式得出的内水压力围岩分担率明显低于一道缝模式,后者可能高估了围岩分担率。研究成果为埋藏式岔管受力分析提供了一种新模式。     

加劲环钢管均匀外压弹性屈曲解的对比分析

加劲环钢管广泛应用于水利水电等工程领域,其外压稳定性是关注的重点问题。针对受均匀外压作用的加劲环管的弹性屈曲解进行了分析,将加劲环管的屈曲外压求解归结为非线性整数规划问题。详细比较了加劲环管的屈曲外压计算的精确式和近似式,证明目前设计所采用的近似式给出的临界压力总是比精确式给出的小,是更为保守的。以屈曲外压计算的精确式和设计采用的近似式为基础,推导了加劲环临界间距的表达式,从而明确了屈曲外压计算公式的适用范围,因考虑了管道的厚径比的影响,与现有文献的结果相比更为合理。对不同加劲环间距和加劲环约束程度的钢管进行了弹性屈曲有限元分析,利用所得的临界外压值详细考察了屈曲外压解析解的适用性和精度,进一步证明解析解和设计规范的公式都是偏于安全的,实际加劲环钢管的临界外压相比理想加劲环钢管都有不同程度的提高。     

日照温差下明钢管变位特性分析

为了探究日照温差下明钢管变位特性,基于某水电站典型管段明钢管,运用ANSYS软件,建立三维有限元模型,研究了检修时在日照两侧温差下明钢管的偏移及受力,进一步分析了在此偏移不能恢复时充水运行后的管段位移、受力情况。结果表明:在不均匀温差引起的管段变形的基础上充水运行,管段更显著地向低温侧偏移,管段弯曲加剧,运行水头越高则管段受不均匀温差影响越大;限位挡板缝隙越大,则支座、限位挡板受力越小,但是限位挡板对管段的约束作用越弱;管段变位以及支座、限位挡板受力较大的部位均出现在靠近伸缩节的支墩处,可以考虑在此处缩小支墩间距以加强管段约束、缓解结构受力;为防止不均匀温差下管段从支座上脱落,有必要适当增大限位挡板尺寸。     

钢套筒混凝土压力管道(SSCP)外载超载试验研究

为了研究钢套筒混凝土压力管道(SSCP)的抗外压承载性能、管道内外层钢筒的变形特点以及管芯混凝土裂缝的开展规律,通过1/10尺寸普通SSCP模型外压破坏试验的方法,分析模型关键部位荷载—应变曲线、管顶荷载—位移曲线、外载管道破坏形式,得到外载试验中SSCP的一般破坏规律,即:初始裂缝分别出现于管顶和管底处;最终裂缝形态为侧向斜裂缝和自内向外的垂直裂缝;内钢筒屈曲破坏形成凹形。然后,基于等效刚度理论提出SSCP管道外压承载性能的弹性阶段承载力计算方法。计算结果表明:管道的弹性极限承载力为1 138 k N/m;管道的比例极限试验值在1 025~1 200 k N/m之间,与理论计算结果吻合较好,二者相对误差小于10%,证明了计算公式的准确性,满足工程需要;管道的塑性极限承载力试验值为2 176 k N/m。     

鸭池河水电站压力钢管外压稳定性设计

采用解析法和半解析有限元法分别对鸭池河水电站埋藏式加劲压力钢管进行外压稳定性计算。在计算分析过程中,考虑了初始缺陷因素对埋藏式加劲压力钢管抗外压稳定性的影响,使得计算结果更加接近于工程实际;从而为埋藏式加劲压力钢管的外压稳定性计算提出了一种更加行之有效的方法。     

钢管与土相互作用下钢管抗外压稳定性分析

在屈曲和稳定性理论的基础上，以在土和钢管自重下钢管的平衡状态为基态，用线性和非线性有限元法分析埋地钢管在均匀地下水压力下的前屈曲和后屈曲临界失稳荷载，并结合工程实例研究了钢管周围土体和钢管几何缺陷对钢管抗外压稳定性能的影响。     

水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响研究

为了研究水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响,采用ANSYS软件对某水电站地下厂房蜗壳结构进行三维有限元计算,研究了蜗壳进口不同边界条件和止推环对蜗壳结构受力特性的影响,提出了蜗壳进口边界条件的合理模拟方法。结果表明:设置伸缩节时,直埋蜗壳方案止推环只承担了不平衡水推力的5. 63%,低于垫层蜗壳方案时的29. 21%。而不设伸缩节时,考虑上游钢管和外包混凝土情况下,上游钢管承担的不平衡水推力相比不考虑上游钢管和外包混凝土的情况减小6%～19%。因此,无论上游钢管是否设置伸缩节,直埋蜗壳均不需设置止推环;对于垫层蜗壳,设置伸缩节时止推环可以起到较为明显的止推作用,但不设伸缩节时上游钢管或加劲环能够代替止推环的作用,可以考虑取消止推环。综合考虑蜗壳进口上游钢管对计算精度的影响、计算模型的复杂性以及计算工作量的增加程度,建议蜗壳计算模型中进口范围取至上游钢管中第一个加劲环,并施加轴向约束。