水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

水力自动滚筒闸门是一种新型水力自动闸门，它利用水压力产生的推动力矩、闸门自重以及闸门配重产生的回复力矩进行自动启闭，以实现水流的自动调节、运行和排沙。鉴于对该类闸门的水力特性还没有充分研究，本文利用RNG 湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟，并对自由水面引入了水－气两相流分层理论中的流体体积分数法（VOF）迭代求解。通过数值模拟，得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的受力，并与模型试验实测结果进行对比分析，两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用推广，同时，所得结果对水力自动滚筒闸门的设计具有指导意义。     

基于流固耦合的平板闸门动水关闭过程数值模拟

闸门动水关闭是一个复杂的物理过程,在此过程中的水动力特性及闸门本身结构特性易受到多种因素的综合影响.针对平板闸门动态关闭过程,采用动网格技术、RNG k-ε紊流模型及VOF自由水面处理技术三者相结合的方法建立了三维非定常水气两相流模型,在此基础上,进一步结合流固耦合方法针对不同因素综合影响下闸门的形变、等效应力的变化规...     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

本文对水力自动滚筒闸门的水力特性进行了研究,利用RNGk-ε湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟,并对自由水面引入了水—气两相流分层理论中的流体体积分数法(VOF)迭代求解。通过数值模拟,得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的荷载,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用。     

岗南水库水动力特性数值模拟研究

岗南水库由于受到自然和人为因素的干扰,水质环境逐渐恶化。水库水质与水动力特性有着紧密的联系,因此了解水库的水动力特性具有重要的意义。应用EFDC建立了岗南水库三维水动力数值模型,并对其全年的水动力特性进行了模拟。通过分析其流速变化规律了解了岗南水库的水动力特性,为水质的改善治理提供了科学参考。     

不同底缘形式的平板闸门水力特性数值模拟

为优化闸门体型,探究不同底缘形式下闸门的水力学特性,采用RNG k-ε模型和VOF方法,结合动网格划分技术,对高水头平板闸门闭门过程中水力学特性进行了数值模拟分析。采用模型试验实测数据验证了数值方法的可靠性;利用非平稳随机过程处理技术(EMD),有效地提取底缘压力趋势项,进而开展底缘形式与水流脉动、持住力相关关系的探讨;通过综合考量底缘压力脉动、空化及持住力特性,寻求最佳底缘体型。结果表明,闸门底缘形式的改变对启闭力影响显著,前倾角底缘形式启闭力最小,底缘压力脉动较小,最不易出现空蚀破坏。     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

船闸闸室底部设有气囊的三维水动力特性研究

为缩短船舶过闸时间和节约船闸用水,该文提出了一种气囊与输水系统相结合的新型船闸。基于典型的船闸尺度和气囊设计方案,采用输水动态仿真方法,研究了气囊充气流量对闸室水动力特性的影响,估算了闸室内船舶停泊条件。研究结果表明：气囊充气过程中,闸室中部形成一个明显的分流带,水体分别流向上下游闸首后呈现震荡型水流现象;当充气流量由Q=35.89 m³/s增加至77.43 m³/s,闸室纵向最大水面比降呈线性增加,相应的船舶纵向水平分力满足停泊要求,相比无气囊方案省时率达1.85%-21.11%且省水率达33%左右。     

梯形截面振子水动力特性数值研究

流致振动现象广泛存在于实际工程中,其振动蕴藏的能量是可再生能源捕获利用的研究热点之一。该文对梯形截面振子的水动力特性进行直接数值模拟,分析了不同上下底比值(d/D)的梯形振子绕流流场及水动力特性。结果表明:三角形和梯形截面振子的水动力系数均大于方柱;d/D为0.3的梯形振子升力系数最大,较方柱增长132.75%;d/D≤0.5的梯形截面振子两侧边界层交替附着并产生区别于主流旋涡的近壁次生涡,引起了升力系数的三次谐频;随d/D的增大,旋涡形成长度增加,但尾迹宽度基本不变。     

引水改善星海湖的水动力-水质特性数值模拟

针对星海湖存在的湖泊水动力不足与水质恶化等水生态问题,通过建立二维水动力-水质模型,选取化学需氧量(COD)为水质指标,计算了12种不同水文特征与引水量工况,分析引用不同黄河水量下湖区水动力和水质指标的变化及空间分布情况。结果表明：引入黄河水能够有效改善星海湖的水动力与水质状况,减小滞水面积,降低COD浓度;在相同水文特征工况中,水质指标COD浓度随着引水量的增加而逐渐降低,且其削减率逐渐提高;在相同引水量工况中,丰水年水质指标COD削减率普遍高于枯水年和平水年;枯水年和平水年引水量分别为1 400×10⁴和700×10⁴ m³时能够达到地表水Ⅲ类水质标准。     

三峡船闸进水口三维水动力特性数值模拟

以三峡船闸进水口输水系统为研究背景,建立三峡船闸进水口的数值几何模型;同时根据进水口水流具有自由表面及较大弯曲壁面的流动特性,建立计算模型和网格边界。在此基础上,分别对三峡船闸进水口在145.0 m及175.0 m（正常蓄水位）两种库水位条件下输水运行进行了数值模拟,其计算结果与物理模型及原型观测数据对比,较为吻合,说明该数值模型对研究上游引航道通航水流条件及输水廊道的水力特性,具有较好的效果。     

弧形闸门动水启闭力数值模拟

为研究弧形闸门的动水启闭力问题,以N-S方程为流体控制方程,结合k-ε湍流模型,采用VOF方法追踪闸门泄水时的自由表面,以小湾水电站泄洪洞弧形工作闸门为例,对固定在某一开度泄水时的流场进行数值模拟,求解出作用于闸门上的水压力大小和分布情况,并将结果与模型试验测得的结果进行对比。在此基础上,考虑闸门自重、铰轴摩阻力、止水摩阻力、上托力和下吸力对闸门启闭力的影响,得到最终所需的闸门动水启闭力,与模型试验测得的闸门启闭力作对比,验证数值模拟方法的正确性和可行性。     

Numerical prediction of hydrodynamic forces on a ship passing through a lock with different configurations简

A CFD method is used to numerically predict the hydrodynamic forces and moments acting on a ship passing through a lock with a constant speed. By solving the RANS equations in combination with the RNG k-e turbulence model, the unsteady viscous flow around the ship is simulated and the hydrodynamic forces and moments acting on the ship are calculated. UDF is com-piled to define the ship motion. Meanwhile, grid regeneration is dealt with by using the dynamic mesh method and sliding interface technique. Under the assumption of low ship speed, the effects of free surface elevation are neglected in the numerical simulation. A bulk carrier ship model is taken as an example for the numerical study. The numerical results are presented and compared with the available experimental results. By analyzing the numerical results obtained for locks with different configurations, the influences of approach wall configuration, lock configuration symmetry and lock chamber breadth on the hydrodynamic forces and moments are demonstrated. The numerical method applied in this paper can qualitatively predict the ship-lock hydrodynamic interaction and pro-vide certain guidance on lock design.     

高水头船闸第二分流口自分流体型水力特性研究

高水头船闸输水水流能量巨大,水力指标高,对输水系统布置和型式提出了更高要求。大藤峡水利枢纽工程船闸最大设计水头40.25 m,输水系统第二分流口拟采用空腔自分流型式,在国内外尚无先例。通过采用三维数值模拟的技术手段对该分流口型式及输水系统整体分流性能进行系统研究,详细分析在各典型充、泄水时刻第二分流口部位的水动力特性,论证在工程实际应用中的可行性。研究结果表明,在合理布置各分支廊道的出水支孔尺寸后,该分流口型式在充、泄水过程中分流效果较好,但在分流口内部存在典型流速、压力分布区域,特别是在泄水工况下分流口大墩头附近存在较大范围三角低流速紊动区域,可能会对分流口结构造成不利影响。研究成果可为全面掌握该分流口型式的水力特性以及进一步改进优化提供技术参考。     

流量对事故闸门门体水力荷载影响数值模拟研究

抽水蓄能电站事故闸门动水闭门可靠性及门体水力荷载特性一直是闸门设计和运行中的核心问题,本文通过数值模拟,对响水涧抽水蓄能电站上库进水口事故闸门在不同事故流量工况下动水闭门过程的门体水力荷载进行研究,并与模型试验结果进行比较分析,相同事故工况的数值计算成果和模型试验成果吻合较好,表明采用RNG k~ε模型和VOF方法对平面闸门动水关闭的非恒定流过程进行数值模拟能够取得较好的结果。数值模拟计算结果表明流道的过流量对事故闸门门体水力荷载影响显著,初始事故流量越大,闸门动水关闭过程中闸门区满流向明流过渡时刻的闸门相对开度越大,闸门上游底缘上托力越小,事故闸门动水闭门的持住力相应越大。事故流量由151 m~3/s增大至800 m~3/s时,闭门持住力增大约20%。计算分析结果可为相关闸门的设计和运行提供参考。     

井筒式泵装置水力特性数值模拟

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件,对井筒式泵装置进行了三维流动数值仿真计算。通过对性能曲线的分析,发现设计工况下,进水管直径较大时效率较高。对比进出水损失发现,进水损失随着流量增大而增大,出水损失随着流量增大先减后增。通过分析VX云图和流线图,发现进口管直径较小时,流速较大,形成的漩涡也较大,漩涡区域涡量为大管径时的2倍以上。对叶轮进口断面轴向流速分布均匀度的分析,得到进水管较大时,叶轮进口的流速均匀度较高,但在流量超过330L/s的工况下差异不明显。从喇叭管进口断面平均涡量的计算分析中,得到喇叭管进口断面平均涡量随着流量增大而增大,且进水管直径较大时,平均涡量小,减小超过20%。     

水轮机筒阀动水关闭特性的数值模拟

为了模拟水轮机发生飞逸时筒阀的动水关闭过程,运用RNG κ-ε湍流模型、动网格和滑移网格技术,进行了筒阀运动的三维非定常数值模拟,分析了筒阀的流量特性、轴向液动力变化趋势、水头损失特性和筒阀不同行程处的速度分布.通过这些水力特性的分析不仅可以预测水轮机的工作状态,而且可以确定筒阀运动的执行机构--多液压缸同步运动系统的设计和操作参数,其结果已经应用于云南省南沙水电站筒阀系统的前期设计工作中.