迷宫堰过流能力数值模拟

以鞍子河水库溢洪道为研究对象,采用FLUENT软件、利用 k～ε湍流模型和VOF法处理自由水面,对迷宫堰过流能力进行数值模拟。数值模拟结果与试验结果对比表明,采用的模型能够较精确的模拟迷宫堰的过流能力。计算发现,迷宫堰在堰上水头较高的情况下,对计算模型的边界条件进行优化后,可以减小计算误差,为迷宫堰的工程设计提供参考依据。     

梯形迷宫堰数值模拟及体型优化设计

采用标准k—ε紊流双方程模型,引入VOF方法处理自由水面,根据气—液两相流计算模型对迷宫堰的流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合。模拟结果表明,采用数值模拟可以计算出迷宫堰的泄流能力,解决迷宫堰的泄流问题。从最大限度抬高正常蓄水位、实现雨洪安全高效利用的角度出发,通过确定迷宫堰的优化设计原则、优化目标、约束条件建立梯形迷宫堰模型,以石路水库为例结合UWRL流量计算法对该模型分析求解,并结合坝顶高程安全复核方法确定结果的可行性。结果表明采用该方法即能够最大化提高水库的蓄洪能力,还能保证大坝安全泄洪,满足安全高效利用雨洪资源的原则。     

基于溢流前缘长度变化的迷宫堰过流能力拟合分析

即便是山区峡谷水库,迷宫堰在低水头情况下的超泄能力也比较大,但随堰顶水头增加,其过流能力降低明显。依托既有试验研究成果,结合过堰水流随流量增大,其流态从薄壁堰流逐渐过渡到真空实用堰流的现象,对比分析W型迷宫堰流量系数的变化;进而运用Origin软件对试验数据进行数学方法回归分析,给出迷宫堰溢流前缘长度随堰顶水头增加而减小的拟合公式。在此基础上,得到基于溢流前缘长度变化的W型和V型迷宫堰过流能力拟合公式。其成果能够很好说明迷宫堰溢流前缘长度以及过流能力随水头增加而变化的现象。     

V型与W型迷宫堰水力特性数值模拟对比分析

迷宫堰在低水头条件下,过流能力相对较大。但对于山区水库,溢洪道宽度往往受限(迷宫堰宫数通常不超过3宫)。运用FLUENT软件,基于VOF方法与RNG k-ε双方程湍流模型,研究了展长和单宫角度变化下V型(单宫)迷宫堰与W型(两宫)迷宫堰过堰水流水力特性。结果表明:在低水位条件下,宫头下游负压区真空度皆大于W型迷宫堰,堰后水流流态均较为平顺;随水头增加,V型迷宫堰通过侧堰的水流需要更长时间调整至主流方向且负压区逐步向下游方向扩展,W型迷宫堰负压区域则基本保持不变,所以V型迷宫堰过流能力大于W型迷宫堰,但其堰后流态更为紊乱。     

U形渠道弧顶三角剖面堰的数值模拟

为提高三角剖面堰的过流能力,改善其水力特性,提高测流的精确度和可靠性,将堰顶改良形成弧顶三角剖面堰,探究弧顶三角剖面堰的水力特性,为灌区的科学化管理提供科学依据。利用AutoCAD结合GAMBIT软件建立U形渠道弧顶三角剖面堰的基本模型,并进行模拟计算,经过Tecplot软件后处理,从而获得水面线沿程变化规律和流速沿垂直方向的变化规律,得到水头损失最大为0.049 m,小于量水规范要求的5 cm。根据回归分析试验数据得到流量公式,比较渠道流量、模拟流量与计算流量,模拟流量最大相对误差为8.69%,计算流量最大相对误差绝对值为9.75%,三者吻合度较好,说明弧顶三角剖面堰测流精度较高。     

琴键堰不同堰高泄流特性的数值模拟

采用基于VOF自由面捕捉的全三维紊流数值模拟的方法,对琴键堰各个流量断面进行了泄流量的分析。通过比较五种不同堰高的琴键堰的泄流情况,分别从各个断面的流量所占的百分比、单宽流量和泄流效率等方面,得出了堰高对各断面的影响,从而得出了堰高越高泄流能力越强的结论,为今后的工程和研究提供参考。     

琴键堰过流水力特性数值模拟

琴键堰是一种新型的迷宫堰结构形式,其特点是相同堰宽、水头条件下泄流能力提升显著,采用RNG k-ε型湍流数学模型,VOF法处理自由水面,建立三维数学模型。通过对不同工况琴键堰体型的模拟计算,获得三维流场水流流态、流速等信息。结果表明:(1)采用Fluent软件对琴键堰进行数值模拟的适用性强,并验证了琴键堰的泄流效果显著;(2)琴键堰的三维流场流态复杂,具有三元水流的性质,堰上水头的变化影响琴键堰的泄流能力;(3)上、下游处水流呈明渠流状态,速度最小,为0.2m/s,流经堰体时形成水舌,流速增大,水舌与堰壁间空腔处有通气孔掺气,形成漩涡区,气体流速2m/s,水舌入水后有水气混掺。利用数值模拟技术,使获得的流场信息更加详尽,为进一步研究琴键堰流场特性奠定基础。     

九龙峡水电站溢流堰三维数值模拟

利用 FLUNET 软件,以 k-ε湍流模型封闭 Reynods 方程,采用 VOF 法追踪自由水面,对九龙峡水电站表孔溢流堰的水流按定常流动进行了三维数值模拟。结果表明：溢流堰的泄流能力、水面线、压力分布和流速分布等计算结果与模型试验实测结果吻合良好,说明数值模拟计算可以用于一些水工建筑物泄流计算和设计     

低堰过流的数值分析

在中小型水利工程中,低堰应用是十分广泛的.而目前有关低堰的水力设计方面,包括设计准则和有关参数的选择,由于研究较少,只能延用高堰的一些标准和经验,导致设计的经济、合理受到影响.采用数值模拟可方便地对低堰的水力特性进行研究,节省工程时间和成本.文中采用Realizablek-ε两相紊流模型、VOF自由液面处理,对低堰进行...     

保水堰体型参数对过流能力影响的数值模拟

保水堰是一种新型溢流堰结构形式,为提升保水堰在大型调水工程中的输水能力,利用实测数据进行模型验证,在确保模拟保水堰堰内水流流态规律准确性的前提下,探究工程中保水堰体型参数对输水系统过流能力的影响。研究揭示了堰井段环状旋涡区的产生与发展机理,并对 11 种降低堰高方案进行数值计算,分析堰井段流速矢量分布和环状旋涡区范围及能量耗散的变化,发现使输水系统过流能力增加的最佳堰高区间为 [1.0?P1≥P≥0.7P1]（P 为保水堰堰高;P1为堰前堰高）。当堰高在此区间内,通过降低 P 使堰前流速矢量仰角和堰后环状旋涡区变小,能量耗散显著降低,降低 0.1P1,流量平均增加 2.1%。考虑到工程改造成本和过流能力提升效果,故在本研究提出最佳堰高区间内修改保水堰的结构,为输水系统过流能力提升提供参考。     

基于可变模糊集的南方农业水利工程实时堰过流能力分析

为提高实时堰过流量分析的准确性,设计一种基于可变模糊集的实时堰过流能力分析方法.将水气两相流假定为等温流动,过槽水流假定为恒定非均匀、不可压缩流,实施实时堰数值模拟,观察实时堰附近的水流要素.在数值模拟中,具体步骤为模拟条件设定、计算域的网格划分、模型选择以及模型构建.基于可变模糊集构建实时堰径流量模糊聚类分析循环迭代...     

侧堰长度变化对直角折线堰过流能力影响研究

通过水工模型试验研究,得到了不同侧堰长度下的直角折线堰过流能力:一定水头条件下,直角折线堰过流能力大于ＷＥＳ实用堰,但侧堰长度从75．0ｍｍ增加到112．5ｍｍ、150．0ｍｍ和187．5ｍｍ时,其过流能力的增幅呈下降趋势（堰顶水头100ｍｍ时,其增幅依次下降为5．98％、2．85％和1．36％）。在试验研究成果基础上,基于堰流基本公式,对其流量系数进行回归分析,并将拟合公式进行工程应用,成果表明:流量系数拟合公式经过几何比尺放大后可用于指导实际工程设计。     

观音阁引水工程迷宫堰水力设计及泄流能力分析

结合观音阁大峪分洞迷宫堰的设计实例,分析了迷宫堰水力设计、水流流态以及泄流能力,并通过理论计算和水力模型实验分析了迷宫堰的泄流能力。分析表明,在同等的水头下,迷宫堰的泄流能力明显强过宽顶堰和实用堰的泄流能力,特别是低水头下,迷宫堰的泄流优势更加明显。     

迷宫堰的应用

迷宫堰的特性迷宫堰亦称锯齿堰,其特点是堰顶轴线在平面上的形状呈折线,而且同一形状反复出现。平面形状一般有矩形、三角形或梯形,因其泄洪的有效堰顶长度要比传统的直线堰长得多,从而增加了溢洪道的过流能力,和常用的直线堰相比,其过流放大系数可表示为Q_L/Q_N     

迷宫堰结构设计问题

本文对迷宫堰的结构形式和受力特点进行了探索。首先根据堰墙与底板连接的不同,提出将迷宫堰分类为整体式和分离式。进而对整体式迷宫堰的分缝形式、适用条件、主要尺寸参数的确定原则,以及结构设计中的稳定和内力计算问题作了论述;对分离式迷宫堰提出了两种主要型式——立柱横板式和横梁整板式,并对其工作原理、结构组成、稳定、内力验算、止水和质量控制等问题作了深入的研究。     

组合式迷宫堰的泄流系数

本文在单一传统迷宫堰基础上,将其与宽顶堰相结合(也即组合式迷宫堰),并通过模型试验,分析了其泄流形态,研究通过改变组合比H1/H2、水头比H0/P、平面布置形式、水舌通气等几个因素泄流系数的变化规律.     

保水堰局部水头损失系数的数值模拟

保水堰是分段低压输水管道中一种新型的衔接水工建筑物。文中采用VOF方法与标准κ-ε紊流模型相耦合,对保水堰的流场进行了数值模拟,计算出了保水堰的局部水头损失系数。为南水北调工程天津干线的设计提供了依据。     

对迷宫堰的研究

迷宫堰是岸边无闸溢洪道进口采用的堰型之一。其堰顶轴线在平面上形成首尾相接的三角形、梯形或矩形,状似迷宫,故称为迷宫堰,也有人称为锯齿堰。迷宫堰最主要的特点是在不增加泄水建筑物所占河谷宽度的情况下,泄流能力数倍于直线堰,有利于工程布置。无论对于改建还是新建工程,在满足同一前提条件下,用迷宫堰比用其它堰型更为经济。本文详细的介绍了迷宫堰的分类、基本参数、过水流态、影响水力特性的因素及现有研究成果和存在的问题。     

溢流堰过堰流动的数值计算

工程上溢流堰的过流能力以及堰面压强分布多采用水工模型试验方法确定。利用三维的流动数学模型,κ-ε模型封闭紊流,流体体积分数法(VOF)追踪自由表面,对一座WES实用堰和一座宽顶堰的过堰水流进行了数值模拟。模拟计算结果与物理模型试验结果对比表明,WES实用堰的流量系数计算值为0．4953,其实验值为0．4842,二者仅相差2％左右,计算的堰面压力与实验值吻合较好;计算的宽顶堰流量系数也与实验值非常一致。数值模拟方法是可行的。     

对迷宫堰的研究

迷宫堰是岸边无闸溢洪道进口采用的堰型之一。其堰顶轴线在平面上形成首尾相接的三角形、梯形或矩形,状似迷宫,故称为迷宫堰,也有人称为锯齿堰。迷宫堰最主要的特点是在不增加泄水建筑物所占河谷宽度的情况下,泄流能力数倍于直线堰,有利于工程布置。无论对于改建还是新建工程,在满足同一前提条件下,用迷宫堰比用其它堰型更为经济。本文详细的介绍了迷宫堰的分类、基本参数、过水流态、影响水力特性的因素及现有研究成果和存在的问题。