稳定冲坑内剖面二维悬移质扩散的数值研究

基于N-S方程和悬移质扩散方程,采用网格标记法(MAC)追踪自由水面,应用标准k-ε封闭方程建立了二维水流泥沙数学模型.运用数学模型对射流冲坑内的流场、泥沙浓度进行数值计算,得到了冲坑内流场、紊动特性及悬移质泥沙浓度的分布情况,并与实验数据进行了比较.结果显示,该数学模型具有较高的精度和适用性,能较好地模拟稳定冲刷坑内的流场和悬沙浓度分布.     

平衡冲刷坑内水流结构的数值研究

本文利用大涡模拟方法，对三峡溢流坝下游平衡冲刷坑内的二维流场结构进行了数值模拟，探讨了射流在冲坑水垫中的扩散规律和流谱结构，分析了冲坑底流速和压力的沿程分布及坑底不同测点脉动压力的统计特征，并与试验结果进行了比较。在数值模拟中，采用了弱压缩流的控制方程，用贴体座标技术进行了网格生成。     

挑流冲坑紊流场的二维数值模拟

利用代数应力模型对淹没冲击射流作用下的冲刷坑内紊流场结构进行了二维数值模拟。计算中采用贴体正交网格变换处理不规则的冲坑几何边界，用VOF方法处理自由水面条件对水流结构的影响。结果分析表明，采用的数值方法可行，计算结果合理，在此基础上，可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程。     

高坝挑流冲坑流场的数值模拟

本文采用正交变换下的有限体积法，选取标准Ｋ－ε紊流模型，对三峡溢流坝下游冲坑流场进行了二维数值模拟，得到了冲坑内部流速与夺强分布等资料。经与实测资料进行对比分析，结果较为满意。     

桥台局部冲刷坑内水流运动的三维数值模拟

局部冲刷是河道中丁坝、桥台等破坏的重要因素。这些建筑物周围绕流流场和泥沙运动十分复杂,对冲刷的机理及平衡条件的研究还有待于进一步深入。文中采用k-ε模型对桥台周围平衡冲坑内的流场进行了三维数值模拟,计算结果正确反映了建筑物周围的流速分和紊动动能的分布;根据流场分布分析了冲坑内的旋涡分布规律及其与冲刷的关系,阐述了主旋涡向螺旋旋涡的转化以及冲坑内水流的能量耗散机理。冲坑内的床面切应力的分布反映了床面冲刷平衡条件,数值模拟得到的床面切应力分布表明颗粒运动受到斜坡上重力作用的影响,同时在紊动剧烈的区域还受到旋涡的影响。     

动网格技术数值模拟挑流冲刷过程

实际挑流泄洪消能时冲坑及堆丘的形成是一动态过程，已有对挑流冲刷的数值模拟多考虑平衡冲刷坑情况，本文采用动网格技术模拟挑流冲刷的时因河床边界变化引起的流场变化过程，控制方程组由非正交同位网格有限体积法求解，计算结果表明，本文方法是有效的，正确地反映了挑流冲刷过程中流场结构衣速度，压力等参数的变化。     

非对接分区结构网格中的数值计算方法

利用有限体积方法在非正交网格系统中建立了非对接分区结构网格数值求解模型,给出了分区结构风格交界面的数据结构形式及数值计算方法,采用SIMPLE算法编制了计算程序;对后台阶绕流进行二分区流场计算,并与实验结果比较,具有很好的一致性;同时对无限流场中和非对称平板间的圆柱绕流进行了分区计算。结果表明,本文建立的分区交界面数值计算模型是可靠的,可用于处理几何形状复杂的流场模拟。     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究。针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度。运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化。文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致。     

运用正交数值网格计算平面二维河道推移质冲淤

本文对平面二维非均匀推移质冲淤计算进行了研究,针对推移质输沙带具有靠近弯道凸岸、一般不进入回流区的特点,采用文献[1]的数值网格生成方法和流场计算方法,生成在凸岸密集、在立轴回流区稀疏的正交数值网格和计算流场,既可节省计算时间和内存,又能提高推移质冲淤计算精度,运用文献[2]的“可动层”概念,提出床面“可动层”泥沙级配计算方法,考虑了床沙级配随冲积层深度的变化,文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为例,计算了非均匀推移质冲淤河床变形,其结果与实测资料基本一致,     

正交曲线网格在导流明渠模拟中的应用

由于在天然河道中修建导流明渠后,过流边界比较复杂,建立数学模型时划分网格难度较大,因此对于明渠水流的数值模拟研究尚不多见.采用非结构三角形网格能较好地划分复杂的计算区域,但对于导流明渠这类人工开挖的规则边界,地形插值后在渠道边坡上形成锯齿状地形,导致边界附近的水流模拟失真.采用局部连续的正交曲线网格划分计算区域,同时保证网格的贴体与良好的正交性,且能较精确地模拟人工开挖边坡,保证计算的稳定性与精度.建立了用于模拟导流明渠流场的平面二维水流数学模型,采用有限差分法求解水深积分方程.数值模拟结果与物理模型测量结果吻合较好,表明建立的数学模型能合理地模拟明渠内的水流.