浅水流动环境中垂向缝隙射流的数值模拟

为探求浅水流动环境中缝隙射流的流动规律,提出射流的影响范围公式与流动转变条件.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面,利用重组化群（RNG）紊动动能-紊动耗散率（k-ε）模型,对浅水流动环境中垂向缝隙射流进行数值模拟.研究流速分布和自由水面位置,对比数值模拟与物理模型试验结果,分析流动转变条件.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,射流出口断面垂向流速分布符合半无限域中射流流速的衰减规律,流速场分布及自由水面位置在小流速比、临界流速比及大流速比下存在不同特性,自由水面隆起高度和流速比、水深比有关,射流对上游的影响距离随流速比增大而增大.     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

阳升观台阶溢洪道水流数值模拟研究

采用RNG k-ε紊流模型对阳升观台阶溢洪道水力特性进行数值模拟,分析了台阶面水流流态和流场分布情况,并与模型试验对比,结果表明数值模拟的计算成果是准确可靠的。在此基础上,进一步研究了台阶面的流速分布、压力分布、消能率以及紊动能和紊动能耗散率的分布特点。研究表明,台阶面流速从台阶内部至水面逐渐增大;台阶面最大压力出现在台阶水平面上,最小压力出现在台阶竖直面上,且为负压;台阶面水流消能率与台阶级数存在良好的线性关系;紊动能和紊动能耗散率顺水流方向逐渐增大,直至形成均匀的滑移流,两者达到最大。     

挟沙水流试验研究

通过开展挟沙水流试验,对河槽断面的纵向时均流速横向与垂向分布、瞬时流速频率分布、紊动强度垂向分布规律进行了研究,最后分析了断面宽深比对张瑞瑾公式的影响.得出如下结论:在相同横断面面积、流量情况下,随着断面宽深比的减小,准二维流动的中心区所占河宽比例减小,断面流速分布更加趋中;挟沙水流主流区流速垂向分布基本上仍然符合对数分布,随着含沙量的增大,卡门常数k有减小的趋势;中垂线上各点瞬时流速频率分布基本上符合正态分布;靠近水面处紊动强度最弱,紊动强度随相对水深的减小而增大,随后紊动强度随相对水深的减小而减小;随着断面宽深比的减小,张瑞瑾公式中的系数呈增加的趋势,流量幂指数呈减小的趋势.     

多级丁坝影响下弯道水流运动三维数值模拟研究

多级丁坝在航道整治工程中应用广泛,为了研究其水流结构,在U形弯道内布设多级丁坝进行系列水槽试验,采用粒子图像测速（PIV）仪和超声波水位计测量了多级丁坝附近的流速及水位,同时利用商用软件Fluent,基于有限体积法,采用RNG k-ε湍流模型,对丁坝附近水流的流态进行三维数值模拟,并将水槽试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。结果表明,两者吻合较好。模拟结果表明：相同过流面积下,丁坝级数增加,丁坝下游回流范围增大,坝头处高流速区流速值减小;在水流近底处和中截面处,紊动能k最大值随着丁坝级数的增加逐渐减小,在自由水面处则先增大后减小。     

有低矮植被覆盖的河道水流特性试验研究

通过室内水槽模型试验,探讨了有低矮植被生长的河道糙率变化、时均流速的垂线分布以及紊动强度的垂向变化规律.把植被区的垂向流速分布从河床表面到自由液面按有无植被的影响划分为3个区域,试验结果表明:时均流速垂线分布单调递增,增大到大于平均流速的某个值后达到稳定,之后流速分布为半对数分布;纵向、横向及垂向3个方向紊动强度最大值均出现在植被层顶部,且相同测点处存在T(x)>T(y)>T(z)的关系.经过试验分析认为:河道种植植被应选择远远处于淹没状态的较低矮的品种,且种植密度不宜太稠密,可起到固滩护岸、又不至于降低河道的泄洪能力的效果.     

大跨度椭球屋盖结构风压分布的风洞试验和数值模拟

根据九寨沟甘海子国际会议度假中心温泉泳浴中心的风洞试验结果，分析了该结构屋面在风荷载作用下的受力性能.分别采用基于雷诺时均方程的标准k-ε、重正化群（RNG）k-ε、可实现的k-ε和雷诺应力模型（RSM）4种湍流模型对屋面平均风压进行了数值模拟，并将4种湍流模型的模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明，此类大跨度椭球屋面风压分布主要以吸力为主，靠近地面的屋面迎风面和背风面风压为正压.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小，数值方法能够较准确地模拟该类大跨度椭球屋面的风压分布.在定量分析时采用高精度的离散格式可以提高计算精度.     

四种紊流模型模拟弯道水流精度的对比分析

采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、可实现k-ε模型和Reynolds应力模型等4种经典的紊流模型,以连续弯道水流为对象进行数值模拟.根据水槽试验资料,从弯道水流纵比降、横比降及纵向流速分布等方面,对比分析了4种模型模拟结果的精度.认为Reynolds应力模型能更好地再现弯道中复杂的三维紊流特征,具有较高的精度,模拟结果优于标准k-ε模型、RNG k-ε模型和可实现k-ε模型.以单弯道水流为对象,从沿程水面线、纵向流速沿垂线分布、紊动能沿水深分布及环流强度分布特性等方面,检验了Reynolds应力模型的精度.发现在模拟岸边界变化引起的二次流现象时,Fluent软件中的Reynolds应力模型效果优于其他3种紊流模型.     

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.     

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.