大柳树一沙坡头河段泥沙运移二维数值模拟

黄河大柳树一沙坡头河段位于宁夏境内,是由5个弯道组成的连续弯道,具有较为复杂的地形特征.利用所建立的修正的平面二维RNG k-ε紊流泥沙数学模型,对该河段水流运动及泥沙运移进行了平面二维数值模拟研究.采用全沙模型,考虑不同粒径组悬移质和推移质运移对河床演变的影响.通过数值模拟结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够模拟具有连续弯道的天然河流水流运动及泥沙运移过程;建立了一种关于泥沙数学模型中水流模块和泥沙模块的半耦合式算法,其计算量比耦合式算法较小,但计算精度比分离式算法较高.     

黄河大柳树河段河床演变的三维数值模拟

针对河岸冲刷、河床演变显著的河流,建立考虑河岸变形的三维水沙数值模型,对黄河大柳树河段的河势演变进行数值模拟分析研究。模型中利用三角形网格和局部网格移动及局部加密技术,采用有限体积法离散控制方程,以及基于非结构化同位网格中的SIMPLE算法进行数值求解。依据2011年11月至2012年10月黄河大柳树河段典型断面实测资料对数值模拟结果进行验证,模拟结果与实测结果吻合较好。结果表明该模型能够较好地模拟黄河大柳树河段的水流运动和河床演变,模型中提出的河岸修正技术和局部网格加密技术可有效提高模拟计算精度和效率。     

天然连续弯道中水流运动的三维数值模拟

为了研究天然河道中水流运动规律和河床演变及泥沙冲淤,建立了适体坐标下修正的紊流水流数学模 型. 采用有限体积法离散控制方程,并运用SIMPLEC 算法计算了黄河沙坡头河段连续弯道的三维水流流场,通 过实测资料对计算结果进行了对比分析. 结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,反映了天然连续弯道水流 的基本特性,即水面的水质点向凹岸运动, 而近底的水质点向凸岸运动. 说明该模型可以用于模拟天然连续弯 道的水流运动.     

基于不同数学模型对某弯道式渠首水沙运动的数值模拟对比研究

以新疆某弯道式渠首为研究对象,分别采用CCHE和Fluent建立数学模型,对该渠首水沙运动规律进行数值模拟研究,并将模拟数据与物理模型试验结果进行比较分析。研究结果表明:两种数值模型的计算结果与物理模型结果吻合都较好,但与Fluent模型相比,在水流流态方面,CCHE模型能更准确地反映弯道下段自由水面的横比降现象;在泥沙横向淤积方面,CCHE模型可充分体现环流作用下泥沙冲淤效果;在计算用时方面,CCHE模型也明显耗时更少,证明CCHE模型能够更高效、更准确地模拟预测弯道水沙运动。     

丁坝对弯道水流水力特性影响的研究

针对丁坝对弯道水流水力特性影响的问题,建立了相应的概化模型,通过数值模拟的方法,利用RNG k-湍流模型封闭Reynods方程,VOF法追踪自由表面,通过有限体积法离散求解,模拟研究了不同弯道中心角情况下,丁坝对弯道水流横向水面超高和流速场的影响。结果表明:在丁坝影响下,弯道水流水面横比降计算公式需要进行修正,应当考虑丁坝对河道的束窄、丁坝尺寸和弯道角度等综合因素的影响。     

弯曲河流三维数值模型

将平面正交曲线坐标系和垂向σ伸缩坐标系相结合,建立适合弯曲河流的三维水流数值模型。采用模式分裂技术将控制方程分解为外、内模式联合求解,方程的离散采用有限差分法。采用嘉陵江广元城区河段5个弯段内7个典型横断面地形、水位和流速资料对本文模型进行验证,模型成功地模拟出了水面横比降和弯道二次流,模拟结果与实测数据吻合较好。     

黄河大柳树河段水情实测结果分析

对黄河大柳树河段19个典型代表断面的流速、水深分布等情况进行了分析。结果表明:1大柳树河段各断面水位从上游至下游呈下降趋势,相对窄深的断面水流相对湍急,相对宽浅的断面水流相对平稳,天然弯道河段的河床变化符合凹岸冲刷、凸岸淤积的水沙基本运移规律;2大柳树河段河面相对狭小,水流相对湍急,部分河段的平均流速可达2m/s;3大柳树河段弯道上的流速分布符合自由涡和强迫涡定律,断面流速与水深基本保持正相关关系,且弯道入口处靠近凸岸的水深相对较深,流速也较大,当弯道中心角较大时平均流速的最大值逐渐由凸岸向凹岸转移。     

考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟

本文将正交曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型和粘性河岸的冲刷模型结合，用于模拟弯道内的水流运动、悬移质泥沙的输移、河床的纵向及横向变形.用水槽试验资料验证了本文提出的水流模型，结果表明流速分布、水位等计算结果与实测值相当符合.应用建立的水沙数学模型以及河岸冲刷模型，模拟了一概化弯道在持续清水冲刷下的主流线位置、断面形态、主槽比降的变化过程，模拟结果符合弯道演变规律.     

长江中游石首河段崩岸数值模拟研究

以石首河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型。通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应;借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟。对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且还能模拟河道的崩岸。     

弯道水流的两步隐式算法研究

采用优于SIMPLEC算法的两步隐式解法求解二维曲线坐标系下的浅水方程,建立了二维弯道水流数学模型。对流项采用二阶精度的Roe格式离散;物理变量采用适体坐标系下的同位网格布置,网格界面流速由动量插值法计算;紊动黏性系数由修正的k-ε模型确定。采用此模型对弯道内的水流流动进行了数值模拟,计算结果和实测数据吻合较好。     

无粘沙质床面上冲积性河湾形成和演变规律自然模型试验研究

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述弯道水流运动的三维数学模型,并利用室内物理模型试验进行验证,验证结果表明,数学模型能够较好地模拟弯道内水流的流速分布以及湍流特征。以验证后的模型为工具,对具有不同平面形态和床面形态的弯道中的水流运动进行了模拟,模拟结果表明：弯道中浅滩和深槽相间的地形起伏加剧了断面流速分布的不均匀性,同时使得水流动力轴线更加偏向凹岸,流速的沿程变化也较平整床面更为复杂;另外,与对称型河弯（正弦派生曲线型）相比,非对称河弯（Kinoshita派生曲线型）中在两弯顶中间存在较多的低流速区,有利于泥沙的落淤,而对岸流速一般较大,形成河岸的快速崩退,这能够从一个侧面解释非对称河弯向下游方向整体的快速迁移。     

三维紊流模型在丁坝水流中的应用研究

 基于RNG紊流模型,采用VOF法、空度法和璧面函数法分别处理自由面、不规则边界和壁边界,对丁坝附近的水流进行了模拟和研究。采用先进的瞬时流场测量仪器——PIV来测量丁坝的局部平面和剖面流场,对建立的模型进行了验证。模型计算结果与水槽试验和他人试验资料吻合较好,表明模型能够模拟多种情况下的丁坝流动规律及自由面变化。     

NUMERICAL SIMULATION OF STRESS-INDUCED SECONDARY FLOWS WITH HYBRID FINITE ANALYTIC METHOD

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｎｏｎ ｃｉｒｃｕｌａｒｄｕｃｔｓａｎｄｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌｓａｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｌｏｎｇｉｔｕｄｉ ｎａｌｖｏｒｔｉｃｅｓ .Ｔｈｅｓｅｖｏｒｔｉｃｅｓａｒｅｔｈ     

窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮运动过程数学模型研究

黏性泥沙运动特性是河流海洋泥沙动力学研究热点之一。为研究紊动水体中黏性泥沙运动过程及其机理,以絮凝动力学方程为基础,通过设置不同粒径级别的泥沙絮团再悬浮量为下边界条件来反映黏性泥沙絮团的再悬浮,建立了黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮动态过程数学模型。模型验证结果表明,新建模型可用于描述黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮运动过程,且具有一定的精度。最后以泥沙絮团体积分布为指标,探讨了强紊动水体中絮凝、沉降和紊动扩散在这一动态过程中的作用。研究结果表明,强紊动水体中,上层区域泥沙絮团分布的决定因素是沉降和紊动扩散;中部区域是絮凝;下层区域是絮凝和紊动扩散。     

电厂循环水流道进口水力优化研究

为减少占地、节省工程量,某电厂循环水流道初步设计选择平面弯曲、总体长度相对较短的曲线形布置形式。应用二维紊流模型进行数值模拟,分析了流道曲线引水段弯道环流运动所产生的不利影响,为遏制弯道环流运动、调整水流流速分布,对流道进口进行水力优化,将进口前沿冷却塔人字柱支墩改造成导流墩,用以控导引水段水流运动。模型试验表明,该项措施能够有效梳理弯道段水流流向,均化流速分布,控导效果可以满足要求。     

3-D hybrid LES-RANS model for simulation of open-channel T-diversion flows

The study of flow diversions in open channels plays an important practical role in the design and management of open-channel networks for irrigation or drainage.To accurately predict the mean flow and turbulence characteristics of open-channel dividing flows,a hybrid LES-RANS model,which combines the large eddy simulation (LES) model with the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) model,is proposed in the present study.The unsteady RANS model was used to simulate the upstream and downstream regions of a main channel,as well as the downstream region of a branch channel.The LES model was used to simulate the channel diversion region,where turbulent flow characteristics ate complicated.Isotropic velocity fluctuations were added at the inflow interface of the LES region to trigger the generation of resolved turbulence.A method based on the virtual body force is proposed to impose Reynolds-averaged velocity fields near the outlet of the LES region in order to take downstream flow effects computed by the RANS model into account and dissipate the excessive turbulent fluctuations.This hybrid approach saves computational effort and makes it easier to properly specify inlet and outlet boundary conditions.Comparison between computational results and experimental data indicates that this relatively new modeling approach can accurately predict open-channel T-diversion flows.     

Numerical modeling of flow in continuous bends from Daliushu to Shapotou in Yellow River

The upper reach of the Yellow River from Daliushu to Shapotou consists of five bends and has complex topography. A two-dimensional Re-Normalisation Group(RNG) k-ε model was developed to simulate the flow in the reach. In order to take the circulation currents in the bends into account, the momentum equations were improved by adding an additional source term. Comparison of the numerical simulation with field measurements indicates that the improved two-dimensional depth-averaged RNG k-ε model can improve the accuracy of the numerical simulation. A rapid adaptive algorithm was constructed, which can automatically adjust Manning's roughness coefficient in different parts of the study river reach. As a result, not only can the trial computation time be significantly shortened, but the accuracy of the numerical simulation can also be greatly improved. Comparison of the simulated and measured water surface slopes for four typical cases shows that the longitudinal and transverse slopes of the water surface increase with the average velocity upstream. In addition, comparison was made between the positions of the talweg and the main streamline, which coincide for most of the study river reach. However, deviations between the positions of the talweg and the main streamline were found at the junction of two bends, at the position where the river width suddenly decreases or increases.     

三维宽顶堰紊流场数值模拟及分析

本文利用三雏标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰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,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

剪切紊流中颗粒运动的数学模型和实验研究

本文利用Lagrangian方法建立了剪切紊流中颗粒运动的脉动频谱随机轨迹模型，其中流体脉动速度采用Fourier级数和湍流脉动能谱来确定。数值计算结果与实验结果的对比分析表明，该模型能够很好地描述颗粒在剪切流中的运动。