OpenFOAM在植被水流模拟中的应用

鉴于水生植被广泛存在于长江口河道滩地,其对滩地水动力特性和泥沙沉积等有重要影响,采用Open FOAM模型模拟了斑块植被对水动力特性的影响,对比分析了不同密度斑块植被对水流结构影响。结果表明,不同密度植被尾流结构差别明显,植被较密时,下游侧植株周围流速明显减小,尾流结构不明显。     

基于水动力模型的水库溢洪道水流演进分析

采用二维水动力数学模型对某中型水库拟建溢洪道内的水流流态进行数值模拟,并利用设计方案中的成果进行模型计算结果复核,验证了该模型对溢洪道进行二维水动力数值模拟的可行性,然后利用该水动力模型对不同泄流工况下的溢洪道内水力要素进行了模拟计算,为溢洪道的设计方案优化提供数据支撑,并对溢洪道的防冲措施及下游跨河大桥的防洪安全提出...     

内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟

桩柱绕流水动力特性直接决定水流对桩柱作用力的分布规律,是内河框架码头水流荷载计算的基础。结合计算流体动力学(CFD),依托内河框架码头实际工程,进行了内河框架码头大直径桩柱串列及并列4桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟,系统分析了不同流速及不同桩间距下桩柱绕流尾流流场形态,揭示了桩柱绕流阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数随桩间距和流速的变化规律。研究了串列及并列4桩柱绕流流场形态和水动力特性,不同流速及不同桩间距下的遮流影响效应、遮流影响系数以及横向影响系数的变化。数值模拟与分析结果可为计算类似内河框架码头水流荷载提供一定的技术参考。     

浙江乌牛新闸闸下三维水流冲刷数值模拟研究

低水头水闸往往具有较大的单宽流量,从而导致过闸水流能量较为集中。经消能工消能后,闸下水流紊动仍较剧烈,具有非常复杂的三维特性,致使常规数学模型较难直观反映实际的闸下水动力及泥沙冲刷状况。采用Flow-3D三维数值模拟软件对浙江乌牛新闸的水动力及闸下冲刷情况进行了模拟,并结合水工物理模型试验成果,对水流流态、流速分布、水面线以及冲刷成果等进行了对比分析,结果吻合较好。证明该软件对低水头闸下三维水流数值模拟和冲刷研究具有较好的适用性,可为今后的研究工作提供技术平台。     

二维水流数学模型在船厂工程防洪影响评价中的应用

本文通过采用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型对长江某船厂工程洪水的流势、流态变化,以及洪水对船厂工程的影响进行数值模拟研究。经模拟分析,汛期遇100 a一遇洪水时,工程局部最大壅水值为0.43 cm,壅水影响长度为105 m,流速最大增加值为0.06 m/s,工程前后河道水动力特性和流场的变化不大,水流流态及水流流速分布无明显变化,对防洪影响不大。结果表明,使用MIKE21模型软件建立二维水流数学模型方法分析合理,为建设项目对防洪影响的计算与分析提供了可靠的方法,为建设项目安全运行提供了保障。     

芦苇类典型挺水植物对水流的影响模拟研究

水生植物对河道水流的水力学特性及物质输运有着重要的影响。基于FLOW-3D流体计算模型,建立了芦苇类挺水植物RNG k-ε三维湍流模型,研究了两种典型密度条件下非淹没植物水流的时均流和湍流特性。模型验证表明该模型可以较好地模拟芦苇类挺水植物对水流结构的影响问题,模型计算结果表明植被区上游流态比较均匀,水流流速分布符合对数分布,植被区尾部流速达到最大。含不同密度植被水流的湍流动能和湍流动能耗散率空间分布规律一致,并表现为植株尾流区的湍流动能耗散率较大。     

新疆某水库溢洪洞水力特性的试验研究与数值模拟

为研究新疆某表孔溢洪洞原设计体型的水力特性,采用水工模型试验与数值模拟相结合的方法开展相关的研究工作。试验研究以水工正态模型为研究平台;数值模拟利用ＦＬＯＷ －３Ｄ商用软件为平台采用湍流方程模型和ＶＯＦ方法开展工作。通过物理模型试验和数值模拟对比分析了表孔溢洪洞内水流流态、水面线、压强及流速等水力特性。结果表明:原设计体型在斜井陡坡段存在水流折冲,有较强水翅,挑坎水舌落点靠近河道左岸,冲刷严重,冲坑明显;数值模拟计算结果与水工模型试验基本吻合,说明三维数值模拟在研究复杂水流流场时的可行性。针对流态问题提出优化体型,根据下游消能、冲刷情况,提出相应的工程措施。     

上海远香景观湖水动力工程模型试验与数值模拟研究

采用工程模型试验和数值模拟方法对上海人工景观湖远香湖的水动力工程特性进行了较为深入的研究。对该湖的自流工况、自流改进工况、辅流工况和辅流改进工况4个工况(共计15个分工况)的流态分别进行了试验和分析,并对辅流改进工况46的换水时间和泵站流量的关系进行了试验研究;对远香湖在辅流改进工况下的不同边界时的流场进行了水动力模拟,并将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。研究结果表明:数值计算的结果与模型试验的结果基本一致;辅流改进工况46的水流流态分布较为均匀,无大面积静水区和微速区,能够使景观湖水体流动,达到水体清洁的目的。     

南水北调东线工程双王城水库泵站水流特性试验与数值模拟研究

本文结合南水北调东线工程双王城水库泵站的设计,利用水工模型试验和数值模拟相结合的方法,综合分析了泵站流道内的水流流态、压力分布等重要流场特性。研究表明,模型试验与数值模拟结果能够较好的吻合,数值模拟结果能够对模型试验数据提供补充和完善;入库泵站与出库涵洞组合布置方案在水动力学条件方面可行;原设计方案出库涵洞陡坡段存在负压,水流流态不稳。修改方案将出库涵洞节制闸放置在涵洞末端,可有效地解决负压问题,改善出库水流流态。模型试验及数值模拟结果为工程设计提供了科学的依据。     

区域性地下水流河谷区排泄咸淡混合特征分析

西南高山峡谷区,地形及地层岩性特征造就了温度、矿化度异于局部地下水流系统的区域地下水流系统,季节变动或人为因素造成地表水水位抬升甚至淹没地下水的排泄点,从而影响该系统排泄端地下水与地表水的混合特征。为了研究该区域的地下水流和地表水的盐分混合特征,采用砂槽物理模型以及SEAWAT模块数值模型从盐分浓度分布特征方面研究排泄端混合特征的变化规律。结果表明:区域地下水流系统与地表水之间存在水头差与密度差,在二者共同作用下,淡水侵入含水层,发生水动力弥散作用,形成低矿化度淡水逐渐过渡到高矿化度咸水的混合过渡带,其边界呈抛物线形;通过模拟不同密度差条件下的混合过程,进一步表明咸淡水密度差越大,混合过渡带后退距离越远,形态越扁长。研究结果将为分析咸淡水混合过程中温度分布特征提供参考,进而为深入研究西南地区多级次地下水流系统的混合特征作铺垫。     

某抽水蓄能电站下库侧式进/出水口数值模拟

抽水蓄能电站进/出水口有进流和出流两种工况,进/出水口水流呈双向流动,水力条件较复杂,对水流流态要求较高。因此,为观测各工况水流流态和水头损失大小,进一步完善进/出水口的结构布置和尺寸,对下库进/出水口进行了数值模拟计算。根据隧洞中水流的运动为有压流这一特点,建立了隧洞压力驱动三维水动力模型,考虑了进/出水口上游一定长度隧洞在内的三维空间计算域,采用k-ε紊流模型,通过对隧洞内压力流的数值模拟,分析研究了各工况下流道分离比、流速、流态及水头损失等水力特性。研究表明:将中边孔导流隔墩尾部位置进行调整能有效改善中、边孔分流比,流速不均匀系数也有所改善,水头损失无明显变化。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

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。     

基于Fluent的泵站侧向前池整流数值模拟及优化

利用三维模拟软件Fluent对泵站前池整流进行数值模拟及水力优化。分析数值模拟结果得出,在一定水力损失范围内,前池的配水渠段加设挡水堰并对其进行改进后,能够明显改善水流流态,有助于减弱甚至消除侧向斜交水流惯性作用产生的偏流现象,为泵站侧向斜交进水方式的研究提供了可供借鉴的研究方法。     

曲面X型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究

为了高精度模拟水流通过水工建筑物时的流场特性,采用CLSVOF法并引入RNGκ～ε紊流模型的新型数值模拟方法,对某水电站曲面X型宽尾墩泄流时的水力特性进行了三维数值模拟研究,获得了宽尾墩闸室内水流流态、水面线、流速、压力等水力参数.数值模拟结果与物理模型试验结果吻合良好,验证了CLS-VOF数值模拟方法的可靠性.     

瓜渚湖水流控导工程水动力数值模拟分析

为研究引水工程对增强瓜渚湖水体流动的影响,以引水工程和瓜渚湖及其周围河网为研究范围,采用数值模拟方法,计算了现状条件下湖泊及其周围河网的流速和水位等水力要素,研究了瓜渚湖水域的水动力特征,发现瓜渚湖水域存在3个低流速区域。利用工程导流、分离流和旋涡控制理论,根据低流速区域的流动特性,设计了3种流线型水流控导工程,计算了在布设3个控导工程条件下瓜渚湖水域的水动力,结果表明:在控导工程的导流作用下水流被引导向了低流速区域,低流速区域流速增大,范围减小,同时,由于控导工程呈流线型,因此绕流后尾部没有明显涡流,减少了水流阻力和能量损失。     

平原河网地区泵闸枢纽流态精细化数值模拟

以典型平原河网地区上海市浦东新区拟建的赵家沟东泵闸工程为研究对象,分别采用准三维MIKE3 和仿真三维FLOW-3D 两种三维数值模拟软件对枢纽下泄水流流态进行模拟,并根据已有的平面二维MIKE21 模拟结果和物理模型试验结果,对两种软件三维水动力数值模拟结果的合理性进行分析。结果表明:准三维MIKE3 无法满足泵闸流态精细化模拟的需求,其模拟结果与物理模型试验结果存在差别,而仍与平面二维MIKE21 模拟结果类似;仿真三维FLOW-3D 模拟结果与物理模型试验结果接近,更加精细合理,可应用于类似水利工程设计研究中流态的精细化数值模拟。     

双孔护镜门闸顶泄流水动力特性与流态特征的三维数值模拟研究

江苏南京三汊河河口闸工程采用双孔护镜闸门,为了准确揭示其典型挡水工况下(大闸门关闭,闸顶溢流)闸后水流的水动力特性与流态特征,本文建立了基于时均雷诺方程和RNG k-ε紊流模型方程的封闭模型方程组,对河口闸典型挡水工况的泄流流态进行了三维数值仿真研究。采用非结构化四面体网格和分体网格技术对复杂边界条件下的数值模拟进行优化。计算结果与物理模型试验结果吻合良好,揭示了典型挡水工况下水闸下游水流流态、涡漩结构规律和流速分布特征,对这种新型闸门的安全运行与结构稳定具有重要意义。     

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。     

芜申运河三里埂段深坑成因分析

用MIKE21水动力模块和物理模型对三里埂汇流段流场进行了模拟。经过试验验证,模拟结果和实测资料吻合较好,说明两个模型的建立是成功的。数学模型对深槽内水流的水力学性质研究表明,深坑处是深槽沿程受水流剪切力、冲击力以及弯道环流最大的区域。深坑被剥蚀和冲刷下来的泥沙通过弯道环流向对岸高滩输运,形成高滩不断淤高,深坑不断冲刷的状况。此外,由物理模型试验对深坑处流态的观察可知,深坑处于水流交汇和分汊不断变化区域,经常出现漩涡、汇流、紊流等不良流态,这些流态提高了水流紊动能量和挟沙能力,为深坑的发展提供了有利条件。三里埂汇流段水动力状况的数学模型和物理模型研究为该河段深坑的整治提供了理论依据。