梯形截面振子水动力特性数值研究

流致振动现象广泛存在于实际工程中,其振动蕴藏的能量是可再生能源捕获利用的研究热点之一。该文对梯形截面振子的水动力特性进行直接数值模拟,分析了不同上下底比值(d/D)的梯形振子绕流流场及水动力特性。结果表明:三角形和梯形截面振子的水动力系数均大于方柱;d/D为0.3的梯形振子升力系数最大,较方柱增长132.75%;d/D≤0.5的梯形截面振子两侧边界层交替附着并产生区别于主流旋涡的近壁次生涡,引起了升力系数的三次谐频;随d/D的增大,旋涡形成长度增加,但尾迹宽度基本不变。     

串列布置下倒角柱体绕流数值模拟及水动力特性分析

为研究串列布置情况下,倒角变化对柱体绕流水动力特性的影响,该文采用大涡模拟方法研究了在雷诺数Re=3 900和间距比L/D=3条件下,6种不同倒角(R⁺=0.0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)串列布置的柱体三维流场,模拟工作验证有效。分析了柱体后方水动力参数、瞬时流场和时均流场的变化情况,分析结果表明：随着倒角增大,上下游柱体的平均阻力系数C_d-ave变化趋势相反,上游柱体C_d-ave逐渐变小,而下游柱体的C_d-ave逐渐上升且均为负值;随着倒角增大,上下游柱体Sr数值相同并出现先增大后减少的趋势;两柱体之间的回流速度曲线下切深度明显增加,速度最小值出现处从下游柱体两侧向中心不断变化;串列布置下游柱体尾流宽度显著变小,在间距比L/D=3条件下,剪切层的初始分离均发生在上游柱体倒角转折处,并附着于下游柱体前端及两侧。该研究结果可为柱体绕流研究及相关工程应用提供参考。     

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。     

串列三圆球绕流数值模拟

为了研究不同间距对串列放置的三圆球尾涡和湍动能的影响，本文选取在L=2．0D～4．0D（三为相邻球心之间的距离，D为圆球直径）范围内的5个不同间距进行了数值模拟，计算均在圆球Rep≈1000的条件下进行。结果表明：当L≤2．5D时，由于逆压梯度的影响，在第二个圆球滞止点附近捕捉到附体分离泡；由于第二个与第三个圆球的置入，展向压力梯度诱发第一个圆球背风面流动的展向输运，且随着圆球间距的增加流场的展向输运趋势减小，但涡的强度增大；第二个圆球与第三个圆球背风面流动没有明显的展向输运；湍动能的增量与圆球间距近似成平方规律。     

不等直径串列圆柱绕流大涡模拟

为研究背负式海底管线中增设的小直径附属管线对主管线的水动力影响,将大涡模拟中经典Smagorinsky亚格子模型与特征线算子分裂有限元法结合,并引入出口对流边界条件,完善了基于特征线算子分裂有限元的大涡模拟方法。通过自编程序数值模拟Re=1 000的单圆柱绕流,计算结果与相关文献吻合较好,验证了该算法计算圆柱绕流的有效性,并分析了Re=1 000时不同直径比、间距比情况下的串列双圆柱绕流,根据流场的不同涡脱落形态及两圆柱平均阻力系数、升力系数随直径比、间距比变化的规律得到了不同直径比条件下的临界间距范围。达到临界间距后,流场由单一涡脱落状态转变为双涡旋脱落状态。最后分析了两圆柱平均阻力系数及升力系数在临界间距后急剧增加的原因,为背负式海底管线的布局优化提供了理论依据。     

高雷诺数下串列双圆柱绕流的影响因素研究

针对串列双圆柱绕流问题进行了数值研究,利用Fluent软件建立二维数值模型,探究了不同柱体间距、不同柱体表面粗糙度对串列双圆柱阻力系数、升力系数、St数的影响。采用SST k-ω湍流模型,对雷诺数为1×10~6,柱体间距L/D分别为1.75、1.90、2.20、2.50,表面粗糙度Rh在0~0.5%D范围内的串列双圆柱进行数值模拟。结果表明:柱体间距L/D在1.75~2.50范围内,光滑柱体表面下,St数、后柱平均阻力系数会随着柱体间距的增加而增大;同时,柱体间距对升力系数振幅也存在极大影响。改变柱体表面粗糙度,会使柱体间距为1.75的串列双圆柱前柱平均阻力系数在Rh=0.2%D时降低7%,而各柱间距下的后柱平均阻力系数会随粗糙度的增加而减小。研究成果能够为河道桥梁建设和圆柱绕流理论研究提供基础数据。     

垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势。梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同。为明晰其水力特性,在边坡系数为1.5、1.75和2的典型梯形渠道上开展了186组模型试验,重点分析了闸门开度e、闸前水深H₀等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法。结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈“驼峰”状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关。当流量和闸门相对开度分别增大1倍时,驼峰距闸门的距离分别由3.6e、8.2e变化为6.0e、3.3e,驼峰高度由1.5e、3.0e变化为2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由15.0e、33.0e变化为34.0e、17.0e。收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接。流量系数公式相对误差平均值为2.17%,其中相对误差小于6%的数据占比为96.3%,总体精度较好。研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考。     

透水框架的三方柱绕流数值分析

针对四面六边透水框架按高度分层后形成等边三角形布置的三方柱绕流问题进行了数值模拟,分析不同间距比l/d=1.5,2,3,4,5,7下流场分布和各方柱的升、阻力系数以及斯特劳哈尔数的特性。研究结果表明:当l/d=1.5~7时,B,C柱尾流场经历了近处漩涡掺混到近处漩涡分离,远处漩涡掺混到远处漩涡分离,最后形成各自独立的方柱绕流;在l/d=2时,各方柱的平均阻力系数明显减小,并且通过对流场分析发现此间距比下对水流的减速效果最明显;由于B,C柱的存在与单方柱绕流有很大区别:在流场方面,l/d=1.5时,B,C柱限制A柱边界层剪切带的卷起,随间距比的增加这种现象逐渐消失;在动力特性上,A柱的阻力系数明显小于单方柱绕流情况。斯特劳哈尔数Sr随间距比的增大而逐渐增大并趋近于单方柱绕流的值。     

梯形横断面鱼道内水流特性分析

对梯形横断面鱼道内的水流进行数值模拟计算,分析了不同竖缝过水断面面积比下鱼道池室内各个水层的水流流速与流态特征。研究表明:梯形横断面鱼道具有明显的三维特性,低水层池室内出现大面积回流,高水层则为两个小面积回流;鱼道过水断面面积比的增大对最大水流流速的改变不明显;梯形鱼道和竖缝式鱼道之间具有相似性,使得对梯形横断面鱼道的研究可以借助竖缝式鱼道的研究方法和手段。更多还原     

梯形输水明渠溢油运移特性数值模拟与试验研究

面向长距离输水工程快速应对油类突发水污染事件的需求,以梯形输水明渠为例,采取二维水动力和溢油数值模拟以及物理模型试验相结合的手段,开展溢油运移特性数值模拟与试验研究。研究成果表明:由于梯形输水明渠过流宽度上的流速分布变化较大,油污染发生后,油膜纵向长度取决于渠道中间流速,其变化率可表达为渠道中间流速的0.5倍;溢油位置、风场及渠道边坡系数对油膜纵向长度影响很小。研究结果可快速预测明渠溢油污染范围,为污染物的应急处置与调控提供技术支持。     

陷落腔剪切层自持振荡的数值计算分析

该文主要研究陷落腔剪切层自持振荡的水动力特性,以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,利用计算流体力学软件CFX中的高级湍流模型Larger eddy simulation(LES),使用simple算法进行数值仿真计算.数值计算结果表明:随着腔中的大涡沿着随边向上爬升并趋于稳定,在腔口导边处不断有附着涡脱出,而后又很快的破碎;得出不同雷诺数下腔口剪切层处的压力系数沿周向的分布规律及剪切层自持振荡的频率特性,总结出剪切层处的各阶振荡频率随着雷诺数的不同趋于常数;将数值计算得出的结果与物理实验的数据进行对比分析,从而验证了数值计算的可靠性.     

梯形透水潜坝三维水流特性的数值模拟

基于OpenFOAM开源程序包,对4种透空率(0.1、0.2、0.3和0.4)潜坝的三维流场进行数值模拟,研究了透空率和流量对透水潜坝周围三维水流特性的影响规律。结果表明:相同流量条件下,随着透空率增大,坝后回流减弱,上升流高度降低,缓流区范围减小,涡量减小,坝体腔内及坝后透水圆孔附近紊动能增大;相同透空率条件下,随着流量增大,坝后缓流区范围增大,回流逐渐减弱,掺混紊动作用加剧,涡量及紊动能的大小和影响范围也逐渐增大。     

V型沟槽尖峰形状对减阻效果及流场特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力,研究了V型沟槽尖峰形状对减阻效果、湍流边界层内的速度分布以及沟槽壁面切应力的影响.计算结果表明,沟槽尖峰处的圆角半径越小其减阻效果越好,最大减阻率可达6.6%;沟槽斜面中下部的壁面应力随着圆角半径的减小而降低,但尖峰处的局部壁面应力会随之而增大.沟槽尖峰处生成的二次涡是产生并影响减阻效果的根本原因.     

C形钝体绕流的尾涡结构与水动力特性分析

该文以不同攻角(0°<α<180°)的C形钝体在低雷诺数(40相似文献   

基于大涡数值模拟的海洋隔水管绕流分析

隔水管是深水油气开采中连接浮式平台与水下井口的通道,受复杂海洋工况影响会产生涡激振动而造成疲劳破坏,产生安全隐患。为了更为精确地分析海洋环境下隔水管的流动,建立了简化隔水管三维模型,采用大涡模拟方法开展了不同雷诺数下隔水管表面流动的研究。首先验证了该方法的可行性,然后对三维涡的结构表现、边界层内流体与壁面的分离位置、速度梯度的分布以及涡泄频率等进行了分析。结果表明,随着雷诺数的增加,三维涡能够较好地表征大涡到小涡的分布规律,可对分离点进行预测,其规律对后续减小隔水管的阻力的研究提供参考。     

基于RNG k-ε湍流模型的串列双矩形截面桥墩绕流流场特性研究

串列双矩形截面桥墩在桥梁工程中应用广泛,桥墩间距对其绕流流场特性影响显著。利用Fluent软件,基于RNG k-?湍流模型对单矩形截面桥墩、串列双矩形截面桥墩绕流非稳态瞬时流场进行数值求解,从涡量、流线、压力及横向流速等多方面,研究了不同桥墩间距工况下(L/W=2、4、6)串列双矩形桥墩绕流流场分布特征。结果表明,与单矩形桥墩相比,串列双矩形桥墩绕流流动更复杂,尾流涡体及流线弯曲区横向分布范围更广;两桥墩剪切层的生成、分离和重附受桥墩间距影响,当L/W≥4时上游桥墩尾流出现涡体的生成与脱落,桥墩间形成流线弯曲区、压力增高区和压力降低区,下游桥墩尾流形成多个压力降低区。矩形桥墩尾流横向流速呈正负交替波动,与单桥墩单一且对称分布的流速波形图相比,双矩形桥墩横向流速波形图不再对称分布;桥墩间横向流速峰值随间距增大而降低,桥墩两侧区域横向流速波动峰值较单桥墩增大,且距离桥墩中心线越远波动峰值越低。研究结果可为桥墩布设提供参考。     

L形混凝土偏心受压柱力学性能数值分析

异形柱与矩形柱相比有明显的优势。为了研究Ｌ形混凝土偏心受压柱的性能,采用非线性有 限元软件ＡＢＡＱＵＳ,对其受力性能进行模拟分析。建立了Ｌ形混凝土柱的有限元模型,计算值与试验值 吻合较好。利用该模型研究了偏心距、荷载加载角度,对Ｌ形混凝土偏心受压柱受力性能的影响。结果 表明偏心距及荷载加载角度对Ｌ形混凝土柱受力性能均影响较大。     

三方柱绕流的大涡模拟及频谱分析

高雷诺数条件下,无论来流是均匀还是非均匀,多方柱绕流情况下方柱受力及尾流的相互干扰都是相当复杂的.为了研究方柱受力及下游尾流的相互干扰,基于大涡模拟紊流模型对后品字等边布置的三方柱绕流进行了数值模拟,数值模拟结果表明,上游两个方柱的阻力系数要明显小于下游方柱,而上游两方柱升力系数远大于下游方柱,且下游方柱的升力系数基本...