弯曲度对弯道水流结构影响的三维数值模拟研究

为了研究天然河道中不同弯曲度（弯道转角）河段的水流结构和演化规律,对同一曲率半径、同 一水深、同一渠宽以及同一边界条件下的弯曲度分别为30°、60°、90°、120°、150°、180°的6种明渠弯道（弯 道断面为矩形）进行弯道水流三维数值模拟。研究结果表明:在相同边界条件下,弯道弯曲度越大,弯道 中弯顶处的水面横比降也随之增大;在靠近凹岸侧,横纵向流速随弯曲度增大而减小;在靠近凸岸侧,横 纵向流速随弯曲度增大而增大;随着弯道弯曲度的增大,横向环流强度也不断增强,横向环流涡心位置 也逐渐向凸岸侧移动。     

连续急流弯道水流泥沙的数值模拟

建立了具有连续急流弯道河流平面水流、泥沙数学模型 ,并采用有限差分法对方程进行离散求解。运用该模型对山西省阳泉市桃河治理河段的水流泥沙情况进行计算 ,得到的数值模拟结果与模型试验结果基本相符 ,表明该模型在工程上具有一定的实用价值     

基于CFD的弯道水流数值模拟

随着计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的快速发展,使得弯道水流的数值仿真研究成为趋势,但是由于弯道水流结构的复杂性,尤其是针对大模型及天然和天然河流进行数值模拟,往往需要极大的计算资源和很长的仿真时间.针对这一问题,提出RSM模型和刚盖假定法相结合的弯道水流的数值模拟方法,...     

引桥式高桩码头对弯道河道水流影响的数值模拟研究

为研究引桥式高桩码头对弯道河道水流的影响,建立了平面二维数学模型,基于弯道水流的运动机理,首先对数学模型进行了典型试验验证,然后模拟西江一多引桥式高桩码头对西江某弯道段水流的影响,指出了此类码头使弯道河道水流发生的独特变化,并指出数值计算中存在的不足及今后研究的努力方向。     

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。     

U形弯道建闸对水流运动特性的影响试验

试验研究在U形弯道上建闸后水流运动特性的变化,结果表明弯道设闸使弯道不同位置凹岸、凸岸及中线水位产生显著差异,从而导致水面横比降变缓、水流动力轴线变光滑、流速分布变均匀,为深入分析建闸后弯道水流特性及建闸对泥沙运动、河床演变等的影响研究提供借鉴。     

三维水流数值模拟研究进展

扼要地介绍了三维水流数值模拟研究的进展，归纳了常见的数值离散方法，给出了数值计算中常见问题的处理方法，指出了数值模拟成果可视化的必要。     

连续弯道水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述连续弯道水流的三维数学模型,用Shukry的强弯道试验结果对数学模型进行验证.结果表明,该模型能够很好地模拟弯道内水流的流速分布.采用该模型模拟了在不同弯曲度的连续弯道中的水流运动,结果表明:水流流速在弯顶靠近凸岸处较大,而凹岸处较小,弯顶处的水流断面流速分布和下一个弯顶处呈横向对称,且在两弯顶中间形成过渡.由于水流凸岸流速大于凹岸,因此当河岸类型为可侵蚀河岸时,凸岸将可能向后崩退,形成切滩.随着弯曲度的增大,弯道水流动力轴线更贴近凸岸.当河道弯曲到一定程度,一旦遇到洪水,很可能冲开河岸的束缚发生裁弯取直现象,并发展出新的河道.     

三维水流数值模拟

本文针对三维水流特性，引入通度概念处理不规则计算边界，用ＶＯＦ法追踪自由表面，采用修正的Ｋ－ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程，分别计算了溢流坝水流及消力池中水跃．计算结果较好地与实验结果符合．     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

弯曲河段水流水质二维数值模拟

弯曲河段水流水质受曲折岸线、水面横比降、复杂地形及相关水工工程等各种因素影响，是水环境问题研究中水动力及水质数值模拟计算的难点之一。采用调节因子为微分表达式的Poisson方程生成正交拟合曲线网格，较好地反映了弯曲河段实际岸线变化；计算模式引入双方程紊流模型，以对弯道产生的局部副流进行模拟，经长江三峡工程坝址河段水流水质的实例计算，取得了较为理想的效果。     

插有缓变曲线弯道水流运动的三维数值模拟

若能够有效地利用数值模拟来揭示弯道水流运动和床面冲淤流变规律,将可以节省大量的人力、财力和时间。为此,通过引入可以舒缓水流冲击力和离心力作用的缓圆缓和对称凸型这2种新的弯道型式,减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。数值模拟结果表明缓圆缓弯道和对称凸型弯道的水面超高及横比降较圆弯道大幅减少;除弯道进口外,插有缓变曲线的2种弯道的凹岸近底流速均小于圆弯道,凸岸的弯道进口附近及过弯顶断面后,这2种弯道的近底流速较圆弯道明显减小;插有缓变曲线的2种弯道的深槽明显比圆弯道的要浅。     

不对称水流的数值模拟与试验研究

在现有研究成果的基础上，对闸站平面不对称布置枢纽上下游水流流场的数值模拟方法进行了探讨。采用水深平均的二维水流方程可以较好地复演枢纽上游断面突缩和下游断面突扩的流速场。能贴合工程实际需要，并通过对概化模型的数值计算和物模验证，运用正交实验理论，通过量纲分析，得到处理闸站结合处导流墙的经验公式。     

含污染物的环流非充分发展弯道湍流数值模拟

本文建立了可模拟弯道中含污染物湍流的三维部份抛物型代数应力模型，以４５°弯道为例，针对左右两岸分别泄放污染物的环流非充分发展弯道流进行了计算，对所得的水流结构及污染物浓度分布进行了分析，结果充分反映出环流非充分发展弯道流中水流结构及污染浓度分布的特点。     

河湾水流与凹岸路基侵蚀机理探讨

笔者利用弯道概化模型试验成果对河湾螺旋水流特性及凹岸路基的侵蚀机理进行研究。对河湾水流的形态和环流的形成、发展规律及凹岸水下路基边坡泥沙运动特性进行了分析。提出了凹岸路基的侵蚀主要是由河湾水流对路基边坡的淘刷以及路基的崩塌而引起,得出了河湾凹岸路基防冲范围。     

大底坡复合圆弧曲线急流弯道水力特性试验研究

西安市黑河引水一期工程－石砭峪水库泄洪洞弯段布置为大底坡急流弯道，为调整其体形和水流流态，进行了水工模型。根据隧洞已开挖成洞的现状，又要较好地控制道段水流态的要求，试验中道对不同弯道体形进行了多次比较和修改，其中复合圆弧曲线弯道体形较好地控制了急流大弯道大流流态。     

压力洞闸槽进水的数值模拟与分析

本文应用Ｋ－ε紊流模型数值模拟了压力洞闸槽进水后洞内水流的流动情况。计算中，对Ｋ－ε方程及雷诺方程作者采用了皆沿坐标方向分步然后交叉求解的简便数值方法。计算实例所得结果与文献〔４〕试验资料一致。     

基于线性插值的二维流场数值模拟可视化

根据二维层流运动基本方程,结合具体的突扩流动边界条件,采用迎风格式,运用Fortran进行数值计算,利用VisualBasic开发应用程序,详细说明了二维流场数值模拟可视化程序开发的步骤,指出其中关键环节的处理方法,尝试利用线性插值处理流函数等值线,并进行网格节点的读取,最后与国外同类软件进行比较,得到了理想效果。     

水轮机内部湍流计算方法研究

概述了水轮机内部流动计算近几十年的发展历史与研究现状,介绍了水轮机内部三维流动计算的控制方程及其解法以及常用商业软件,总结了湍流的数值计算方法,重点讨论了湍流模型理论,并指出水轮机内部湍流计算正朝着全三维、小尺度、瞬时化处理发展。