采用修正的二维浅水模型模拟连续弯道流场

计入深度平均流速与真实流流速分布的差值所引起的扩散效应,建立了正交曲线坐标系下的平面二维浅水模型.紊动应力项采用以标准k-ε模型为基础的曲率效应修正紊流模型模拟,在一定程度上计及流线弯曲水流紊动应力各向异性.采用控制体积法、交错网格和SIMPLEC算法离散求解水流方程.采用修正后的模型对连续弯道水流进行了数值模拟,并与实测资料进行了比较,结果表明该模型能够有效地模拟流线弯曲的水流水力特性.     

考虑扩散应力项的弯道平面二维水流数学模型

借鉴弯道水流流速沿垂向分布的研究成果,在二维浅水方程的基础上计入沿垂线方向变化的流速与沿水深平均流速之差引起的扩散应力项,在正交曲线坐标系下建立了平面二维水流数学模型.对Rozovskii 180°弯道的计算表明,本模型计算结果比不考虑扩散应力项的模型更如实地反映了弯道水流特性,对扩散应力项的分析表明其在二维弯道水流模拟中发挥很大的作用.     

流体横掠圆柱体传热特性数值模拟的流态模型选择

采用层流模型、标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型,对亚临界雷诺数条件下(Re=300~300 000)的二维圆柱扰流进行了数值模拟与仿真,得到了圆柱壁面平均努塞尔数随雷诺数变化的规律。并得出结论:当Re≤3 900时,采用层流模型较合适;当3 900≤Re≤22 000范围内时,采用标准k-ε紊流模型较合适;当22 000≤Re≤300 000时,采用RNG k-ε紊流模型较合适。     

基于Fluent的连续弯道水流三维数值模拟

借助Fluent软件,采用雷诺方程和有限体积法建立连续弯道三维数学模型,并以正弦曲线派生的连续弯道水槽试验结果进行验证,进而采用Fluent软件中的雷诺应力模型对连续弯道水槽试验进行模拟.结果表明:连续弯道内沿程水面呈现出扭曲的现象,凹岸一侧的水位恒高于凸岸一侧,水位横比降明显,最大横比降发生在弯顶偏上游处;连续弯道内水流表层、中层和底层流速沿程分布差别较大,总体上看表层、中层流速大于底层流速;各断面环流旋度大小不同,水面和槽底处环流强度大而水体中部小.     

急弯河道壁面切应力及计算方法研究

壁面切应力的准确计算对深入了解泥沙输运及河道演变过程非常重要。当前研究多局限于顺直和微弯河道,对于急弯河道,水流受重力和离心力的双重作用,流态复杂,水面横比降大,并伴随横向环流,壁面切应力影响因素众多,各种计算方法的适用性有待进一步研究。开展180°急弯水槽缓流试验,采用ADV流速仪以及Preston管监测水流的三维流速和动静水压强差分布,分析急弯河道水流纵向流速、横向环流以及湍动能重分布特征。基于以上水流特征,选取四种经验公式法及k-ε数值模拟法计算该水槽控制断面的壁面切应力,对比发现湍动能法、Preston管经验公式法以及k-ε数值模拟法的计算结果不仅在分布规律上,而且在数值大小上都吻合良好,可用于急弯河道壁面切应力的计算。利用数值模拟法计算该水槽内河床及岸坡的壁面切应力分布,结果表明：在进口顺直段内,壁面切应力值较小,且分布均匀,在弯道段内,其值逐渐增大,分布也更不均匀,进入出口顺直段后,岸坡附近的壁面切应力值达到最大;横向上壁面切应力沿底壁分布均匀,而在坡脚附近,水流条件复杂,环流作用大,波动剧烈;横断面最大壁面切应力在弯道作用下从凸岸逐渐偏移至凹岸,与主流变化规律一致;该急弯水槽最大壁面切应力位于弯道内110°断面的凸岸附近以及弯道出口下游0.5m断面的凹岸附近;保持水槽出口水深不变,仅过水流量变化,壁面切应力总体分布规律相似,并体现出“大水趋直,小水坐弯”的特点。成果为急弯河道的水流剪切输移机理、河道演变预测及安全管理等研究提供基础依据。     

圆形喷嘴射流特性模拟方法优化选择

为提高圆形喷嘴射流特性数值模拟研究的准确性、可靠性,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ω、标准k-ω等4种湍流模型、3种网格划分方案及2种控制方程离散格式对圆形喷嘴射流流场特性进行数值模拟.研究结果表明:与标准k-ε、SST k-ω、标准k-ω三种湍流模型相比,RNG k-ε更能真实地反映圆形喷嘴射流流场特性;在网格划分方案的比较中,方案1所得的平均扭曲率最小,为0.187;对QUICK和二阶迎风格式两种控制方程离散格式的对比发现,二阶迎风格式所得到的轴向速度分布模拟结果更接近实验值.     

弯道横向流动与输沙的探讨

本文由紊流雷诺方程出发,采用普朗特紊流切应力构架和通过因次分析确定的掺长形式,探讨了弯道恒定二元环流的流速分布。导出的环流流速分布公式结构比较简明、合理,与实测资料有较好的拟合性.同时利用环流流速分布公式,进一步探讨了弯道水流中泥沙的横向输移问题,建立了便于数值模拟的计算模式。     

高拱坝表孔宽尾墩流道内水流特性的数值模拟研究

宽尾墩应用于高拱坝表孔后,其下泄水流的空中扩散特性与宽尾墩流道内的水流特性密切相关.采用k-ε双方程紊流模型对宽尾墩应用在高拱坝坝身泄洪表孔时的水流特性进行了3维数值模拟,给出了孔流道水面线、压力、流场等水流特性.计算值与模型试验值对比,两者吻合较好.计算结果发现,坝面中线压力分布与侧墙压力分布存在相似规律,所不同的是侧墙压力在宽尾墩转折点位置存在局部增大;墩尾压力分布受墩内水流流线弯曲影响,其分布不再符合净水压力分布规律;墩尾水流流速大小沿水深方向变化不大,但流速方向变化比较明显.     

水浮莲型生态河道水流纵向流速垂线分布规律

通过物理模型试验、理论分析和数值模拟的方法,研究了有水浮莲覆盖水流的纵向流速垂线分布规律.在水浮莲全覆盖条件下,初步对比分析了3种不同工况下水流纵向时均流速的变化趋势和垂线分布特点.通过"双层边壁"假设,以最大流速线(点)为界将流动沿水深方向分成两层等效明渠流流动层:植被下层和床面上层,并假定上下两层互不影响,即分别只受植被底部和床面粗糙程度影响;利用混合长度模型简化时均动量方程,推导出有水浮莲覆盖水流在恒定均匀流下的纵向时均流速对数分布公式;根据实测数据对公式进行了验证分析.水浮莲对水流影响的数值模拟主要利用计算流体力学软件FLUENT,结合可实现双方程紊流模型,对有水浮莲覆盖的水槽二维两相流场作了数值模拟,并采用多孔介质域模拟水浮莲覆盖区域,将数值计算得到的流速分布与试验实测结果进行了比对,两者吻合较好.     

孔板泄洪洞水流三维数值模拟研究

采用k-ε紊流模型模拟小浪底水电站9#孔板泄洪洞三维水流运动,利用试验资料对其计算结果进行了验证,数值模拟结果与原型试验数据吻合性良好.通过对数值模拟结果的分析,获得了流速、压力和紊动能等水力要素的分布规律,发现三者均在孔板附近剧烈变化,详细地反映出孔板泄洪洞的消能特性.数值模拟结果表明用k-ε紊流模型来研究孔板消能的水力特性是可行的,可以与物理模型并用,需更为深入研究内部机理和消能特点,为孔板泄洪洞的应用提供可靠的参考依据.