老龙口水利枢纽鱼道水力特性研究

为了解老龙口水利枢纽工程的竖缝与堰组合式鱼道的水力特性,采用RNGκ-ε湍流模型和VOF方法对该鱼道的水流结构特性及池室内主流、流速和紊动能进行了分析。结果表明,鱼道内水流结构稳定,竖缝处流速小于设计流速2.0m/s,且主流衰减明显,消能效果良好;同时兼具竖缝式和溢流堰式的特点,适合喜好各种水层的鱼类通过,尤其对喜跳跃鱼类非常有利,能满足过鱼对象的需求。     

双侧竖缝式鱼道水力特性三维数值模拟研究

鉴于双侧竖缝式鱼道消能效果好,能较好地适应水位的变化情况等优点,以新沟河江边枢纽的双侧竖缝式鱼道为例,采用三维紊流数值模拟方法研究了鱼道的正反双向两种运行工况,分析了鱼道的流态、流速及紊动能等水力特性。结果表明,双侧竖缝式鱼道水流流态较为稳定,且呈对称分布,流速和紊动能总体来说较小,基本满足过鱼对象的需求。另外,适当延长短隔板还能很好地减少鱼道竖缝最大断面平均流速,从而实现更好的过鱼效果。     

同侧竖缝式鱼道水力特性数值模拟

针对竖缝式鱼道水力特性较复杂的特点,采用雷诺应力方程模型对同侧竖缝式鱼道池内的水流进行了二维数值模拟,并将数值模拟结果与物理模型试验结果进行了对比,验证了数值模型的正确性。进而建立了水池长宽比分别为5∶8、10∶8、12∶8三种鱼道模型,分别对底坡为1%、3%、5%三种条件下的鱼道水力特性进行了数值计算,得到了水流型态和竖缝最大流速、流速场、紊动能、雷诺应力等水流物理参数的分布规律。     

竖缝式鱼道水动力特性优化研究

为探究和改善同侧竖缝式鱼道池室水动力特性,以青海省地盘子鱼道物理模型为例,基于Fluent中的RNG κ-ε模型,提出了设计方案和3种改进方案的数值模型,进而结合模型试验结果对比分析了不同改进方案下结构段池室的水流流态、流速及池室动能分布等指标,确定了最终改进方案.结果表明,去除池室末端导板,同时在下游增设简易隔板,可...     

竖缝式鱼道水力特性三维数值模拟

以斯洛文尼亚布兰卡水电站竖缝式鱼道为例,分别用大涡模拟(LES)和RNGκ-ε紊流模型计算鱼道三维流场,并利用实测数据对两种模型的数值计算结果进行验证,进而对比分析了不同时刻典型截面的流场结构。结果表明,两种计算模型均可满足鱼道工程设计的基本要求,较RNGκ-ε紊流模型仅能提供时均水流特性,大涡模拟有力补充了鱼道内瞬态涡结构细节,可为进一步明确鱼道内水流的瞬态特性与鱼类上溯行为的内在关联提供有效的分析工具。     

喷灌管网系统水力特性数值模拟研究

从系统分析的观点出发，以管网结点平衡方程为基础，建立了求解喷灌管网系统内各类水力单元直至全系统水力特性的数值计算模拟模型，给出了求解方法，经实际工程验证，模拟计算结果能如实地反映了选型配套及优化运行先进提供了可靠的快速计算方法。     

异侧竖缝式鱼道水力特性的数值模拟

竖缝式鱼道因其能够适应不同水位变化、消能效果明显、水流流态稳定等特点而逐渐引起水利工程界的重视。通过数值模拟的方法探究了池室长宽比对异侧式竖缝鱼道水力特性的影响,结果表明,池室长宽比的变化对单位体积耗散率影响较小;主流区沿程衰减率先随池室长宽比的增大而增大,后保持不变。池室长宽比越大,池室内最大流速越靠近竖缝处;不同池室长宽比,池室主流流速与池室最大流速(主流流速沿程变化最大值)比值在一定范围内。池室长宽比L/B在1.00～1.13之间,可在鱼道主流区内获得较好的水流流态、较大的回流区及较好的消能效果,有利于研究区内鱼类的洄游。     

柱体周围水力特性的数值模拟研究

针对柱体周围水力特性的数值模拟研究多采用二维数学模型,得出的结论缺乏原因和规律分析,基于Fluent 6.3软件平台,采用κ-ε紊流双方程模型和具有自由液面追踪功能的VOF单流体模型,分别对方柱体布置方向与来流夹角成90°和圆柱体布置方向与来流夹角成45°、60°、75°、90°进行三维数值模拟,分析了柱体对水流的壅水及柱体周围的流场和压力状况,获得了柱体周围水力特性的规律,可为柱体设计提供参考.     

旋流竖井段水力特性数值模拟

采用标准κ-ε模型和VOF方法相结合,实现了水平旋流竖井段的水力特性的数值模拟．并计算了不同收缩比起旋器出口情况下竖井段的水力特性。模拟计算结果与试验结果对比表明,旋流竖井段的水力特性采用这种标准,κ-ε模型的模拟效果较好。     

阁山水库仿生态式鱼道模型水力特性试验研究

为优化阁山水库仿生态式鱼道水力性能,做了1∶20物理模型试验。首先对设计基本方案的鱼道水力特性进行试验,再分别对鱼道内部池室、进口和出口布置优化方案进行分析。结果表明,三种优化的仿生态式鱼道布置型式结构尺寸均合适,在设计水深条件下达到了流速分布在0.4～1.0m/s的设计条件,鱼道进口水流条件适宜鱼类上溯进入鱼道。研究结果为阁山水库仿生态式鱼道设计提供参考。     

三维数值波浪水槽内孤立波特性分析

内孤立波对密度层化水体的水动力及分层特性具有显著影响。为揭示内孤立波特性,建立了规则地形下可有效模拟弱非线性内孤立波的分层流三维数值波浪水槽,研究了内孤立波在规则地形条件下的传播,成功捕捉到了水体表面存在的辐聚流和辐散流,探讨了内孤立波传播过程中流速、紊动能和紊动能耗散率的分布与演化特性,为进一步利用数值波浪水槽研究内孤立波能量特性分布、改善层化水体的水生态环境提供了可靠的方法与手段。     

空间淹没水跃流态特征数值计算

空间水跃可使局部范围内水流紊动剧烈,提高水流稳定性和消能效率,消能效果较好。为探讨空间水跃的流态特性,基于RNGκ-ε紊流模型和流体体积函数(VOF)自由表面处理方法,建立了三维紊流数学模型,数值模拟了突扩比为0.833、0.667、0.500、0.333等4种空间水跃情况,讨论了不同突扩比下空间淹没水跃的流态及漩涡演变规律。结果表明,空间水跃下游流态存在左右摆动、主流轴线聚集等现象,当突扩比小于一定值后,在水跃发展过程中将产生游离的立轴漩涡。研究成果为空间水跃在水利工程中的应用提供了理论依据和参考。     

板式换热器性能的数值模拟

建立了人字形板式换热器冷热双流道的流体流动与传热计算模型,利用计算流体力学软件对5组不同速度工况下换热器内流体的流动和传热进行了数值模拟,分析了换热器流道内的速度场、温度场和压力场.结果表明:数值模拟得到的板式换热器进、出口温差和压降与试验测量值的误差均小于6%;换热器内流体的流动和传热存在明显的不均匀性,导致其进、出口的另一侧出现明显的传热"死区";换热器的总传热系数和流道阻力均随着流体流速的增大而增大.     

大型水轮机顶盖动态特性数值模拟与试验研究

顶盖作为大型水轮机的主要承载部件,在实际运行过程中经常出现振动超标问题,严重威胁整个机组的安全运行。为此,从结构的动态特性出发,基于有限元法,建立了顶盖的高精度动力学仿真模型,采用Block Lanczo法求解得到前6阶固有频率,同步开展模态测试,可发现有限元计算结果与测试结果非常吻合,相同振型的固有频率最大误差仅为5.2%。接着开展工况振动测试,测得了顶盖工作时的径向和轴向最大振幅和振动频率,将此作为输入条件,基于动力学模型进行动力学响应分析,得到了振动状态下顶盖的结构应力。在此基础上,进一步进行谐响应分析,得到激励频率对结构应力的影响规律。结果表明,顶盖径向振动的危害远大于轴向振动,径向振动引起的振动应力为108 MPa,而轴向振动最大工况振动应力仅为36.7 MPa;振动应力随激励频率的变化出现宽幅波动,在81Hz附近,顶盖应力均存在明显应力尖峰值。     

多折回通道型同侧竖缝式鱼道水力特性试验探究

为提高多折回通道型同侧竖缝式鱼道的消能作用、降低竖缝流速,以利于鱼道过鱼,在设计工况下通过模型试验研究其水力特性。试验分析了设计工况下鱼道典型部位的流态、水面线分布以及竖缝表面和底部流速的沿程分布情况,总结了多折回通道型鱼道在不同通道区段竖缝流速的沿程分布规律。结果表明,设计工况下竖缝流速在通道一、三中沿程变化较小,通道二中下降稍快,流速大小均在0.7~0.9m/s的较高水平。针对竖缝流速大于过鱼喜好流速的问题,提出了加糙鱼道边壁的优化设计方案。对比优化前后的流速分布可知,边壁加糙措施有效降低了鱼道竖缝流速大小。试验研究成果可为类似工程提供借鉴。     

抽水蓄能电站同发同抽水力特性VOF数值模拟

为了有效缓解电网突然出现的电力不平衡现象,同一个抽水蓄能电站不同水力单元机组同时分别发电及抽水运行,是对抽水蓄能运行及调度方式的一个重大创新措施。以某抽水蓄能电站上库为例,通过数学模型研究上库进/出水口在同发同抽工况下的库区水流流态、流道的水力特性、库区漩涡特性等水力参数的变化规律。结果表明,VOF方法可很好地模拟抽水蓄能同发同抽过程;同发同抽工况下,库区内进出水口附近局部水流流态与单向运行工况基本一致,但是两进/出水口之间形成连通的水流通道,库区内形成大范围横向流动,致使抽水单元大部分水流再次进入发电单元。     

迷宫密封转子动力学特性的数值模拟

采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,研究了具有16个齿的迷宫密封转子动力学特性,分析了在两种转速条件下进口预旋对迷宫密封转子动力特性系数的影响,计算了无进口预旋时,在两种压比条件下,迷宫密封系统的交叉刚度和直接阻尼系数随转速的变化关系,并将计算结果与实验值和两控制容积BF(Bulk Flow)方法计算值进行了比较.研究结果表明:所采用的数值方法能较好地预测迷宫密封的转子动力特性,且计算结果优于两控制容积BF方法.对于迷宫密封,交叉刚度与进口预旋近似成正比关系,且随着转速的增大而增大;直接阻尼对转速和进口预旋均不敏感,但随压比的增大而显著增大.过大的进口预旋和转速均会使转子的稳定性降低;工作在较大转速下的迷宫密封系统可以通过施加合理的进口预旋来增强转子的稳定性.