斜向进水消力井水力特性模拟研究

水利水电工程中的泄水建筑物出口往往正冲河道,圆形消力井可以很好地适应山区峡谷地形条件的变化,使下泄水流平顺归河。针对一定纵坡条件下,尾水出口与泄槽轴线呈非对称正交的圆形消力井内复杂的水力特性问题,采用有限域数值模拟计算的方法对比验证并补充了物理模型试验成果,进一步开展了沿空间射流方向的相关水力要素机理分析。研究表明:消力井内水流流态依次呈平面横向紊动扩散自由射流、主流动力自相似淹没射流和冲击射流、近壁面附着扩散旋滚水跃3个临界雷诺数分区演变过程;沿程最大流速变化符合试验半经验公式拟合规律且近似呈平面扩散分布;水体压强结构特征可分解为水平轴对称及竖直变幅下的叠加分布。     

水室与溢流相结合的新型调压井水力学计算研究

目前对水室与溢流相结合的新型调压井研究较少,水室和溢流相结合的新型调压井通过溢流堰溢流和水室补水,能有效降低调压井高度,因此有必要对水室和溢流相结合的新型调压井进行研究。水室和溢流相结合的新型调压井结构复杂,调压井水力学计算是该新型调压井研究的重要课题。以腊寨水电站水室与溢流相结合的新型调压井为例,通过水电站引水系统建立数学模型,完整地考虑了系统各环节非线性因素的影响以及上游水库、分叉管路、调压井、水轮机等边界条件,利用特征线方法进行管道水击计算,托马公式进行调压井稳定断面计算。结果表明:机组负荷突然发生变化时,机组转速随之变化,调压井水位上下波动不断衰减,最终水位稳定。机组转速、蜗壳和尾水管压力满足规范要求,达到了经济、安全、可靠的目的,机组的调节最大偏差小、时间短、振荡次数少,动态品质指标较好。调压井最低涌波水位高于调压井底板高程,最高涌波水位低于调压井顶高程,满足调压井不掺气和不漫顶的要求,因此调压井体型设计合理,水电站运行安全。     

水电站调压室内三维湍流场数值模拟

运用计算流体动力学方法(CFD)对某抽水蓄能电站尾水调压室进行了数值模拟。计算时选用适合调压室流动特性的Realizablek-ε湍流模型,采用标准SIMPLE算法,离散格式采用一阶迎风格式。计算结果揭示了调压室内流道流场的速度及压力分布规律,并据此计算出调压室水头损失系数。将水头损失系数计算结果与水力模型试验结果进行比较,发现采用CFD方法计算得到的结果不论在变化规律上还是数值上均可达到与模型试验结果相当的精度,表明CFD方法可以应用于调压室的设计和优化中。     

单向调压塔防水锤特性的数值模拟与研究

本文针对三峡机场供水系统的特点，应用水锤基本理论和特征线方法，建立了带单向调压塔泵系统水力过渡过程数值模拟计算的数学模型，分析了各种不同运行组合情况下事故停泵水力过渡过程中单向调压塔的水锤防护特征，研究了水泵出口可控阀的关闭程序对管道系统压力和单向调压塔水位变化的影响，得出了对工程优化设计和运行有重要意义的结论。     

多机组水电站调压室阻抗系数的三维数值模拟

水电站多台机组共用调压室的流态较为复杂,通过模型试验的方法确定其水头损失系数时,历时较长,代价较高。本文利用fluent软件建立数学模型对某常规水电站多机组共用一个尾水阻抗调压室的阻抗系数进行数值模拟分析,分别研究调压室两种典型工况和不同机组台数组合运行时的情况,并将数值模拟结果与物理模型试验值进行了比较,证明用数值模拟方法研究水电站多机组共用调压室的阻抗系数值是有效可行的。     

水电站叠梁门进水口水力特性数值模拟研究

为研究水电站叠梁门分层取水进水口水力特性,探讨叠梁门运行、布设方案,以某实际工程为例,采用三维水动力数学模型,对不同叠梁门开启工况下的流速分布及水头损失等水力特性开展模拟研究。结果表明：随着叠梁门层数的增加,门顶过流空间不断压缩,加剧了进水口水流的紊乱程度,导致进水口处涡旋的发生;水头损失则随着叠梁门层数的增加先急剧增大再缓慢增大。同时,结合库区垂向水温分布特征,在垂向温差较小的季节,可以选择较少叠梁门层数引水以减少水头损失;在垂向温差较大的季节,可根据目标水温灵活选择叠梁门层数。     

水电站进水口水力特性数值模拟研究

结合二滩水电站、小湾水电站、洪家渡水电站和天生桥一级水电站,采用k-ε紊流模型对其进水口水力特性进行了三维数值模拟,对进水口水头损失、流速分布及流态等方面进行了总结。数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

珊溪水库文成供水隧洞及调压井水力过渡过程分析

对于长隧洞、低水头、小流量的供水系统,用常规的解析法求解水力过渡过程会带来较大的计算误差。为合理精确地分析计算供水系统水力过渡过程,采用一阶有限差分法非恒定流数学模型进行水力计算,这种方法能精确求解供水系统隧洞、调压井及压力管道沿程水击水力过渡的全过程,为工程设计提供科学依据。     

数值模拟在水工模型试验中的应用

利用计算流体力学方法对水工模型试验中需要获取的泄流能力、流速、压力等水力学参数进行数值计算,结果与实测数据符合较好,表明可以利用数值模拟解决水工模型试验中的部分水力学问题,并可以作为水工模型试验的一个补充,为对泄水建筑物体型合理性的判断和优化提供依据。     

河床变形混交模型预测技术及其进展

把河工模型试验和数值模拟计算两种手段有机结合 ,研究同一河段的泥沙问题 ,称之为河床变形混交模型预测方法 .提出并行混交、连接混交和内插混交三种类型 ,人工耦合、半自动耦合和自动耦合三种混交方式 ,以及广义混交模型的概念 .对混交模型预测技术的研究现状及发展方向进行了归纳与展望     

库区滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用机理研究

库区滑坡涌浪可能危及大坝及下游安全,基于流体动力学的滑坡涌浪数值模拟可获得完整的分析数据,将成为研究滑坡涌浪与大坝作用过程的重要手段。本文以某大坝上游约1300 m的3#变形体滑坡涌浪为研究对象,建立库区三维滑坡涌浪数值模型,并通过水工物理模型试验对其模拟精度和有效性进行了验证。研究结果表明,数值模拟得出的涌浪高度变化、水面起伏过程与水工物理模型试验结果基本一致,数值模拟能反映滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用的整个过程。最后基于数值模拟获得的数据,分析了滑坡涌浪与大坝作用过程,以及坝面动水头与坝前涌浪高度的变化关系。分析认为,库区水体反复震荡、叠加而形成的涌浪对下游沿岸安全危害可能更大,大坝坝顶及下游有必要采取避险措施;最大动水头小于涌浪高度,若采用静力方法计算分析坝体稳定应力,其结果偏于安全。     

浅谈水电站螺旋式调压井设计思路

大湾电站调压井工程原设计为竖井方案,井筒直径16m,由于地处强风化的破碎岩体中,大跨度的井筒尤其穹顶部位,难于开挖成型,施工安全、质量也难以保证。经认真研究,将原方案调整为螺旋式调压井,有效地避开了强风化破碎岩体。本文对此加以介绍。     

STUDY ON TRANSPORTATION NUMERICAL SIMULATION OF COALBED METHANE RESERVOIR

Coalbed methane is an unconventional gas resource and its special storage and migration laws need a series of evaluations and predictions. By analyzing the flowing characteristics of coalbed methane reservoir and using the known results for the dynamic prediction of natural gas reservoir, a three-dimensional mathematical model for the two-phase flow in coalbed methane reservoir was established. In this model the Langmuir isothermal adsorption law, the first Fick law and the second Pick law were applied to consider the absorption and diffusion of coalbed methane. The governing equations were discretized in a finite-difference form, and a full-implicit simulator (CBM-GW3D) for three-dimensional two-phase flow was developed. The field data of coalbed methane wells located at Liupanshui, Guizhou was used to verify the reliability of this model. This paper also presented the result of the sensitivity analysis for some factors. And this result proved the reliability and validity of this model.     

调压室阻抗孔修圆三维数值计算

为实现物理模型与数值计算的互补,采用k-ε紊流数学模型对阻抗孔修圆进行三维数值计算,得到阻抗孔与调压室底板连接处和与底部流道连接处不同修圆半径时流入、流出大井的阻抗系数,并将阻抗孔未修圆时的计算值与实测值进行对比分析。计算结果表明:阻抗孔未修圆时水流进入阻抗孔后发生突缩,流速分布不均,中间大、周边小,阻抗系数相对较大;阻抗孔修圆后突缩效应明显减弱,水流较为平顺、均匀,阻抗系数明显减小。阻抗孔修圆优化减小了突缩损失,能够有效减小阻抗系数,即可增大阻抗孔的流量系数。     

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

将滑坡体概化为滑块,并给定其水下运动规律,利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发,模拟了滑块入水产生的涌浪性质,并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。仿真结果表明:若将滑坡概化为滑块,在给定水下运动形式下,产生的涌浪性质与孤立波类似,即涌浪只影响水面以下一定范围,对水底影响不大;涌浪顺水流方向的运动对动压起主要贡献;首浪在传播过程中涌浪波幅会减小而波宽会增大,且波高沿着传播方向其衰减速率在逐渐变小;滑块排挤的库区水体体积小于自身体积;小体积的滑坡对大库容的水库影响程度很小。对比分析不同体积滑坡激发涌浪翻坝的过程发现,滑块体积越大,激发的涌浪传播速度越快,高度越高,形成的翻坝流量越大,对下游的危害性越大。     

山西柳林泉局部区域溶质运移二维数值模拟

本文建立了用于描述柳林泉域地下水中氯离子运移行为的局部区域二维可混溶溶质运移模型。模型考虑了地下水中溶解盐分浓度变化引起的地下水密度的改变,及其导致的地下水水头的变化。该模型计算值与观测资料基本一致,说明所建模型可以用于实际。据此用所建模型预报了柳林电厂水源地投入使用后对区域地下水位和水质的影响。     

紊流深度平均二方程新模式及其在天然河道数值模拟中的应用

本文提出了一个深度平均二方程新模式（k-w)，用来封闭可以考虑水深变化的深度平均控制方程组。在平面受限温差射流的九种不同工况下，与深度平均k-e模式进行了客观而详细地数值比较研究，同时，将新模式应用于天然河流一岸有三个排放口，水下地形变化的岸边排放复杂工程实例计算，在计算过程中，进一步与k-e模式以及目前工程上常用的简单方法进行了分析和比较，证实本文提出的新模式，用于通常排放流量相对较小情况的近区和过渡区模拟时，要优于经典的k-e模式和其它工程上常用的简单方法。     

井头泵站竖井式贯流泵装置流态及性能分析

宿迁市井头泵站设计扬程和平均扬程均为1.7 m,为适应其扬程低的特点,采用了竖井式贯流泵装置。运用三维湍流数值计算方法对该泵装置进、出水流道进行了优化水力设计,并通过模型试验对泵装置水力性能进行了检验。模拟计算结果表明,进、出水流道内的流态平顺均匀,叶轮室进口的流速分布均匀度和水流入泵平均角度分别达到98.7％和88.7°,水头损失小;设计工况时的泵装置效率和临界空化余量分别为80.3％和3.11 m,与模型试验结果（设计工况时的泵装置效率和临界空化余量分别为81.1％和3.3 m）接近。因此,井头泵站竖井式贯流泵装置的选型设计合理并达到最优,为泵站的安全、稳定和高效运行奠定了基础。