梯形透水潜坝三维水流特性的数值模拟

基于OpenFOAM开源程序包,对4种透空率(0.1、0.2、0.3和0.4)潜坝的三维流场进行数值模拟,研究了透空率和流量对透水潜坝周围三维水流特性的影响规律。结果表明:相同流量条件下,随着透空率增大,坝后回流减弱,上升流高度降低,缓流区范围减小,涡量减小,坝体腔内及坝后透水圆孔附近紊动能增大;相同透空率条件下,随着流量增大,坝后缓流区范围增大,回流逐渐减弱,掺混紊动作用加剧,涡量及紊动能的大小和影响范围也逐渐增大。     

梯形透水潜坝附近水面线及透水率

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现"逆坡现象"。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。     

三维过坝水流数值模拟

三维过坝水流是一种具有自由表面的临界流动，即使在势流假设下，因其非线性强，数值求解时也会遇到较大困难，目前尚未见到有效势流解法。本文提出一种正交调和变换法，可方便地采用笔者曾提出的自由表面位移理论，同步解出待定的自由表面位置和未知能头（或流量）。算例表明，该三维过坝水流的计算方法是成功的，计算结果与试验值吻合较好。     

潜没式治河建筑物水流特性研究综述

针对潜没式治河建筑物(潜坝、潜没导板、潜没圆柱体、护滩带等)附近的复杂水流形态,结合国内外的研究成果,对其影响下的流速分布、剪应力分布、涡流结构、紊动动能、比尺效应、分离区、糙率和潜没度等进行了综述,讨论了其冲刷、壅水等机理。相关研究结果表明:潜没建筑物对水流的扰动程度决定了其水流特性,其诱导的漩涡及回流对水流结构产生巨大影响,增大了局部河床阻力,使得综合糙率重新分布。进而指出现有研究成果及其不足之处,并结合已有成果提出展望,为后续的工程及研究工作提供参考。     

溢流坝坝面水流数值模拟及其验证

采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程，引入通度概念处理不规则边界，引用ＶＯＦ法追踪自由表面，对溢流坝坝面水流进行数值模拟。模型试验验证结果表明，采用本文建立的数学模型对溢流坝水流进行数值模拟是可行的。     

挖入式港池水流特性数值模拟

利用三维水流数学模型对挖入式港池内的水流特性进行了数值模拟,对自由水面位置、垂线平均流速的确定及各方程迭代求解时的不同步修正等方法进行了探讨,指出了改进方向及步骤。利用两种流量下港池内表面流场试验资料对建立的数学模型进行了检验,结果表明：计算值与实测值比较一致;计算得到的中层、底层流场分布与理论分析结果比较符合。     

基于OpenFOAM的挡板透空式防波堤水动力特性数值分析

基于有限体积法理论,应用开源计算流体力学软件OpenFOAM求解黏性不可压缩流体的连续性方程和动量方程,建立了二维数值波浪水槽,并通过规则波作用下挡板式透空结构的物理模型试验数据(波面、压力和流速)对数值波浪水槽进行了验证;计算并比较分析了不同入射波浪条件下挡板相对入水深度对透射系数和挡板底部流速的影响.结果表明,当挡...     

新通扬运河赵公桥附近通航水流条件计算研究

1 计算研究的目的要求 新赵公桥位于卤汀河与新通扬运河交叉口附近,鉴于新通扬运河远期向卤汀河输水水量较大,引水时流态复杂,为保证航行安全并为赵公桥桥位选择提供科学依据,我们运用平面二维水深平均水流运动数学模型着重对引水、排涝各种工况兴建新赵公桥情况下河道流速流态进行计算。计算中考虑了新赵公桥桥柱在河道中的分布及影响,计算得到对应河道开挖规模近期、远景两个实施阶段引水和排涝时赵公桥附近的水流流     

弯道水流的基本特性及数值模拟

总结了弯道水流水面横比降、横向环流、流速重分布、分离流及弯道切应力和局部阻力等基本特性及其研究现状;建立了极坐标下沿水深平均的弯道水流平面二维数学模型;并进行了试验室180°矩形弯道和长江调关河弯两个弯道水流的实例计算。计算和验证表明：建立的弯道水流数学模型能较好地模拟弯道水面形态变化和流速重分布。     

含柔性沉水植物明渠水流运动特性试验研究

采用激光多普勒流速仪(LDV)试验研究含柔性沉水植物的水流运动。试验结果表明:流速沿垂线分布呈S形,分为3个区域,即植物内部区、过渡区和上部区。植物密度对过渡区内流速影响显著,在该区内,植物密度越大则流速梯度越大。含植物水流的紊动强度和雷诺应力都明显增大,它们在垂线分布上有相似之处,都是在植物顶层的位置上达到最大值,说明在此区域内存在较强的能量交换和剪切作用;二者在植物顶层上部区域随着水深的增加而减小,在植物内部区随着水深的增加而增大。     

斜坡上梯形潜堤附近流动结构的数值研究

波浪通过斜坡上潜堤时的波形和非线性特性均有显著变化,同时潜堤附近会出现涡流的生成及消散现象,有必要对其深入研究.基于1:20的斜坡上的波浪水槽实验,分析规则波在斜坡上不可渗梯形潜堤附近的动力特性.本文垂向二维波浪数学模型以RANS方程为控制方程,采用非线性涡黏性(各向异性) 紊流传输模型封闭雷诺应力项,利用VOF方法追踪自由表面以及采用源函数造波技术来模拟规则波对斜坡上潜堤的作用,数值计算结果与实验测量数据进行对比,吻合良好.利用数值计算进一步分析了流场、流线、紊动动能及紊动动能耗散率等特性,重点探讨了堤顶水深变化的影响,得到随堤顶水深增大,潜堤的消浪作用将明显减弱.     

鼓泡塔内气液两相流动力特性数值模拟研究

利用CFD软件模拟的方法研究鼓泡塔内气液两相流动力特性,为鼓泡塔的设计提供依据。采用欧拉-欧拉双流体模型分别结合标准k-ε紊流模型和RNG k-ε紊流模型对鼓泡塔内气液两相流进行数值模拟,并使用Phase Coupled SIMPLE算法进行速度与压力耦合求解。比较鼓泡塔内轴截面(y=0)处不同高度液相速度和气相速度的变化情况,发现速度沿径向呈现出抛物线分布,沿水深方向越接近通气孔,速度越大,且气相速度整体大于液相速度。通过将z=0.28 m处的垂向液相速度与实验值比较,得出欧拉-欧拉双流体模型结合标准k-ε紊流模型模拟鼓泡塔气液两相流动力特性优于RNG k-ε模型,且发现上升力对模拟结果有显著的影响。     

溃坝典型水流水力特性试验研究

黏性土坝漫顶溃决是一个水、土二相耦合逐渐发展的过程,涉及水流冲蚀主动力和坝体材料被动抗力的综合作用。立足当今世界溃坝研究的前沿理论,借鉴以往现场原型试验相关成果,对土坝溃决过程进行了宏观阶段划分,并在此基础上开展专门的水槽试验,采用PIV技术对表面冲刷水流和陡坎冲射水流的精细水流结构进行了详细研究。试验获得了两种典型水流的几何特性及相关水力特性,总结分析了各水流结构对坝体的冲蚀作用机制。相关成果的获取可从本质上对黏性土坝陡坎溯源冲蚀机理进行理解和掌握,亦可为数值模拟及其他溃坝研究工作提供技术参考。     

淹没双丁坝间水流结构特性PIV试验

为探讨淹没双丁坝对坝间水流的影响,采用粒子图像测速(PIV)系统对坝间水平面流场进行了测量,并对坝间水流结构进行了分析。结果表明:丁坝间距与丁坝长度的比值d/B(B为定值)对坝间漩涡中心位置、坝间回流区及涡量分布有着显著影响;d/B越大,坝间"漩涡"中心越接近坝头线;坝间回流区宽度随d/B增大而增大,零速度线基本呈线性关系且其斜率随d/B增大而减小,同时回流区流速也随之发生很大变化;上游丁坝头附近出现最大负涡量而在下游丁坝头附近出现最大正涡量。     

水下推动器作用下氧化沟流场的数值模拟

该文通过建立推动器三维数学模型,采用MRF模型定义其转动、RNG k-ε模型模拟流场湍流变化的方法对水下推动器作用下的氧化沟流场进行了三维数值模拟,并用充足的实测数据对模拟结果进行验证.模拟值与实测数据吻合良好,表明该数学模型能较为准确有效地模拟出推动器作用下氧化沟流速的分布及三维流场的沿程变化情况.     

闸坝水力学特性的三维数值模拟

本文采用标准k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,运用FLOW3 D软件对闸坝进行数值模拟,得出不同水位下的闸坝泄流能力,以及不同部位的闸室及消力池水面线、流速、压力等重要水力学要素。结果表明数值计算在一定程度上可以达到模型试验的效果。     

水力插板透水丁坝水流结构随透水率的变化规律研究

为了研究水力插板透水丁坝水流结构随透水率变化的规律,采用ANSYS FLUENT 15. 0,基于RNG k-ε湍流模型,对不同透水率下透水丁坝周围的流场进行三维数值模拟。结果表明,透水丁坝坝体前后压差随透水率的增大逐渐减小,上游坝根处压强最大,坝头下游侧附近压强最小,坝根和坝头部位易发生水毁。回流强度随着透水率的增大逐渐减弱。当透水率达到40%时,回流基本消失,坝后为一个缓流区。不同透水率下水槽同一横断面处流速分布规律相似。随着离丁坝侧河岸距离的增加可划分为流速缓慢增大区、流速迅速增大区和流速稳定区。随着透水率的增大,主流区流速逐渐减小,坝后作用区流速逐渐增大。研究成果能够为透水率这一重要工程设计参数的合理选取提供参考,实际应用中推荐透水率为30%。