竖缝式鱼道水流结构的数值模拟

对竖缝式鱼道的水流结构进行了数值模拟计算,系统研究了鱼道水池长宽比和隔板墩头布置体型对水池内水流流态的影响。研究表明,鱼道水池长宽比是影响竖缝式鱼道水流结构的主要控制因素,长宽比在8∶8～10.5∶8的范围内,可以获得较好的流态。研究还表明,隔板是否设置墩头对水流结构的影响有限,从避免漂浮物滞留与防止泥沙淤积角度看,在实际的鱼道工程中可考虑不设隔板墩头。     

兴隆水利枢纽工程鱼道水力学数值模拟

应用RNG k-ε湍流模型和有限差分法对兴隆水利枢纽工程鱼道的设计模型和另外2种对比模拟模型进行了数值模拟计算,分析了过鱼池的流态、紊动能和紊动能耗散率等指标,并对比分析了不同孔口布置的淹没孔口式横隔板鱼道的水力特性。结果表明:兴隆水利枢纽鱼道具有良好的消能效果,相邻隔板孔口异侧布置比同侧布置消能效果好;可以通过改变淹没孔口式鱼道隔板的孔口位置、数目及尺寸进行体型优化。     

同侧竖缝式鱼道结构优化数值模拟研究

鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b₀/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。     

基于竖缝隔板的大底坡鱼道水力优化数值模拟

为了优化大底坡竖缝式鱼道池室水力特性,在验证物理模型的基础上,构建三维水动力数学模型,考虑5种大底坡坡度对竖缝有无隔板及竖缝隔板不同安装高度的池室水力分布进行了数值模拟分析。结果表明,竖缝设置隔板能有效减小池室最大流速和平均湍动能;当底坡为1/20时,池室最大流速下降率为10.16%~14.84%,平均湍动能下降率为21.88%~42.19%,主流最大流速衰减率为61.24%~61.82%,池室内形成了小流速、低湍动的Ω形连续性水流;改变竖缝隔板安装高度会影响隔板上下水深处的竖缝流速大小,但对隔板上下水深处的流速、湍动能、应变率的分布规律无显著影响。     

异侧竖缝式鱼道水力特性数值模拟优化研究

文章以江西省峡江水利枢纽鱼道工程为例,基于实测数据验证鱼道水力模型,采用RNGk-ε湍流模型耦合VOF法对异侧竖缝式鱼道池室结构展开数值模拟研究。结果表明：鱼道横隔板采用竖缝尺寸0.6m,竖缝相对宽度为0.20时,竖缝断面最大流速1.18m/s,主流流速集中分布在0.95～1.15m/s,满足主要过鱼对象上溯条件;在鱼道1/2休息池室长度处,增设长宽比为2.5,高度3.5m, 30°导角的导板,休息池主流区平均流速0.83m/s,回流区平均流速0.30m/s,且能够形成3个大小适宜的区域供给鱼类休息。     

新型螺旋式鱼道水力特性的数值模拟

螺旋式鱼道是在现有竖缝式鱼道顺河布置的基础上进行结构改进而得到的一种新型鱼道,它将占用较小的平面面积,获得更大的提升高度。建立了数值模拟模型,采用结构化网格和隐式算法,以RNG k-ε湍流模型封闭方程,采用VOF法追踪自由水面,模拟了鱼道的流场。结果表明:鱼道中纵剖面水面稳定,水深沿程不变;不同水深截面水流流态及流速分布相似,均存在一个主流区和两个回流区;流速的最大值位于窄缝处,其值不超过1.2 m/s,出窄缝后流速迅速衰减到1.0 m/s以下,回流区流速较小,便于鱼类休息。     

竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究

堤坝等水利水电工程截断河流,鱼道能克服其阻碍作用,使鱼类顺利上溯洄游。采用RNG k-ε湍流模型对竖缝与堰组合式鱼道进行数值模拟,对其池室内流速以及紊动能情况进行分析研究。结果表明：该类型鱼道池室内部水力特性稳定,具有竖缝式鱼道和堰式鱼道共同优点,适宜于不同鱼类游过,能较好地适应鱼类上溯。     

异侧竖缝宽度对鱼道水流结构的影响研究

竖缝式鱼道是目前应用最为广泛、效果较好的过鱼工程鱼道设施,同侧竖缝式鱼道的结构设计、水流特征的研究现在已经相当完善,但对异侧竖缝式鱼道的研究比较匮乏。为此,采用数值模拟方法定量分析不同竖缝宽度工况下鱼道池室和竖缝处的水流结构、流速分布、回流区分布情况等水力特征参数的变化情况,并对比分析流态优劣给出了异侧竖缝式鱼道竖缝宽度b/B合理取值范围为0.15～0.20。     

竖缝式鱼道休息池水力特性研究

目前竖缝式鱼道在全国乃至世界均得到了广泛的应用,已有研究表明,水池的长宽比、导板长度、导向角等参数影响竖缝式鱼道的水流结构。文章在已有研究基础上合理取用竖缝式鱼道的长宽比、导板长度、导向角等参数,进一步分析研究休息池导向角对休息池水流结构的影响程度及合理的导向角取值范围。     

同侧竖缝式鱼道水力特性的数值模拟

分别采用标准的k-ε模型和雷诺应力方程模型(RSM)对同侧竖缝式鱼道池室内的水流进行了三维数值模拟。对鱼道池室内的流场、雷诺剪切应力等相关水力要素进行了分析,并应用水工模型试验成果对2种紊流模型的结果进行了验证比较。结果表明：2种紊流模型均可模拟同侧竖缝式鱼道水流基本特性,但 RSM 模型流速场的计算结果与水工模型试验结果更为吻合。     

竖缝式鱼道休息池流态改善研究

休息池可为洄游鱼类上溯提供休憩场所,其流态特征是否合理将直接影响鱼类上溯效率。基于池室主流居中设计准则,通过建立三维数值模型,对竖缝式鱼道休息池进行体型优化工作,分析了增设整流板、调整整流板长度与宽度等措施对休息池内流态的影响规律。研究结果表明:增设整流板长度可有效改善休息池内主流贴壁流态,而整流板宽度调整对休息池内流态影响不大;增设整流板优化措施对休息池的紊动能影响甚微。在此基础上,发现同时增加导板与整流板长度至0.6 m为推荐优化方案。     

竖缝式鱼道细部结构改进研究

本文针对鱼道细部结构进行改进研究,提出了流线型墩头的布置型式。采用数值模拟的方法对不同墩头型式的鱼道进行水力特性对比分析,并对流线型墩头的鱼道进行试验研究。结果表明:与折线型墩头相比,流线型墩头不会导致鱼道水池内水流结构的显著改变;主流横向偏转程度有所减缓,横向扩散加大,有利于主流流速的沿程衰减;而竖缝控制断面局部水头损失减少,需采用较小的鱼道底坡以控制竖缝断面流速。鉴于流线型墩头能避免折线型墩头对上溯鱼类可能造成的物理伤害,条件允许时可考虑采用。     

吉林省老龙口水利枢纽工程鱼道设计

老龙口水利枢纽鱼道是我国第一座通过大马哈鱼的鱼道,也是我国水头差最大的鱼道和底坡最陡的鱼道,该鱼道的建设可以进一步研究建筑物的结构尺寸、型式、水力特性及运行过程,并为以后同类型鱼道的设计、施工、运行提供有益的经验。     

竖缝位置对竖缝式鱼道水力特性的影响

为了分析竖缝位置对竖缝式鱼道池室内水力特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和速度-压力耦合SIMPLE算法对不同工况的鱼道进行了数值模拟。模拟结果表明:竖缝位置对主流的形态、主流流速的衰减及竖缝处流速分布影响不大;竖缝位置改变了主流区在池室内的位置,进而影响回流区的分布、大小和流场,竖缝位置距池室侧壁为池室宽度的25%~35%时,池室内水流流态较合理,能够显著提高过鱼效率。     

三维鱼道水力特性及鱼体行进能力数值模拟研究

为研究鱼道的水力学特性,本研究采用Fluent商用软件包详细展示了3D鱼道计算流体动力学模型。该模型以三维雷诺平均N-S方程为理论基础,采用群理论重整化的(RNG)k-ε紊流模型闭合方程,配合体积分辨率法(VOF)来描述鱼道流体力学特性。模型结果表明鱼道内部强烈的3D速度场,伴随有涡流、流动分离、漩涡、上升流和下降流等现象,并基于鱼种上溯的爆发游速,计算成年粉红鲑鱼在流场中逆流上溯所受到的阻力与能量损耗,数值计算结果与前人研究成果吻合度较高。能量消耗的定量分析对于鱼道的优化设计、渔业管理都具有很好的借鉴意义。更多还原     

同侧竖缝式鱼道直角转弯休息池段体型研究

竖缝式鱼道设计时需根据河道岸坡地形地质条件布置,多存在转弯段.结合某电站鱼道工程设计,采用物理模型和数值模拟相结合的方法开展了同侧竖缝式鱼道直角转弯休息池段的体型研究.对各种体型水流流态和流场分布进行的分析结果表明:转弯段上下游竖缝的布置位置对转弯段内的水流流态有较明显的影响,给出了上下游竖缝较为适宜的布置位置;在转弯...     

竖缝式鱼道的水力特性研究

竖缝式鱼道因其过鱼效率高、对水位变化的适应能力强等技术优势而在国内外得到了广泛的工程应用。采用数值模拟计算方法,对竖缝断面平均流速分别为0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0m/s条件下竖缝式鱼道的水流结构进行了计算研究。研究结果表明,在0.8~2.0m/s范围内,竖缝断面平均流速值的大小对于各级水池内主流区分布、主流流速的沿程衰减规律以及竖缝断面流速分布并无显著影响,表明作者早先研究取得的研究成果具有较好的普适性。在此基础上,进一步研究了竖缝断面流速分布与各级水池内主流流速分布的变化规律。     

竖缝式鱼道池室结构变化对水力特性的影响分析

竖缝鱼道的消能主要集中在竖缝处,竖缝束窄使水流形成漩涡,导致鱼道内流速过高,水流紊乱。为了改善竖缝式鱼道池室的水流特性,采用雷诺应力(RSM)模型对不同结构形式的同侧竖缝鱼道进行数值模拟。研究表明:在池室内正对竖缝下游布置圆柱型障碍物,竖缝处流速梯度减小,紊动能和雷诺剪切力均降低约20%～30%,这种池型的鱼道水力特性稳定,能满足更多鱼类的过坝。     

隔板型式对竖缝式鱼道水力特性的影响研究

通过改变隔板中竖缝的位置和数量,构造四种不同型式的竖缝式鱼道,利用计算流体动力学分析工具,获得了不同工况下四种鱼道模型的三维流场。研究表明:同一鱼道型式、同一底坡,其主流曲线形式(池室内水流形态)与流量变化无关。研究结果可为鱼道设计提供参考。