基于水气两相流的海拔高程对某电站溢洪道泄洪雾化的影响分析

海拔高程增加所引起的气象条件的改变会对泄洪水舌的运动产生影响,进而影响泄洪雾化风场及雨场的时空分布。为此,基于水气两相流理论,考虑不同海拔高度的环境压强、温度、粘滞性及空气密度等参数的变化,采用数值模拟的方法研究了海拔高程对泄洪雾化的影响。结果表明,相同泄洪条件下,泄洪稳定后的压强值随海拔升高无明显增加趋势,然而海拔越高,水舌空中运动所受空气阻力越小,相同条件下落水点压强增幅越大;温度降低带来的水的粘滞性增加对水雾运动影响较小,海拔高程越高,雾化风速到达最大值的时间越早,所能达到的最大值也越大;泄洪稳定时近地表雾化降雨强度随海拔高程的增加而增大,与海拔高程呈近似线性关系,此外强降雨范围随海拔的升高而逐渐扩大。

长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

采用计算流体力学软件STAR-CD的水气两相流耦合VOF法的三维标准k-ε紊流模型对长距离无压引水隧洞进行了模拟计算。计算中引入考虑糙率影响的壁面函数,并用PLIC方法对水气交界面进行了重构。通过与引额济乌一期工程尾部调节水库泄水洞模型试验结果的对比表明,计算结果与实测数据基本吻合,说明所采用的数学模型是可行的。应用此模型对新疆八十一大坂长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟,结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区,并分析了隧洞沿程过水面积、空气流量以及支洞补气量的变化规律。

水工水气两相流的数值模拟

建立了一种新的水气两相紊流数学模型 ,其中对流速、气体质量分数以及紊动特征量采用了质量加权的时间平均 ,对雷诺应力采用代数应力方程模拟 ,对气体质量分数的脉动通量采用涡粘性概念模拟 ,气体质量分数由其控制方程求解。通过对明渠掺气水流和水垫塘掺气射流的数值模拟表明 ,计算结果与实验结果符合较好 ,同时 ,计算的时间和收敛性也较好。

水气两相流系统K-S-P模型参数反演的最优估计

应用渗流力学和参数反演辨识最优化理论,建立了水气两相流控制方程,给出了控制两相流系统K-S-P模型参数之间的本构关系,并对其中的相关参数进行数值反演辨识,得出待求参数的最优估计值。对不同质地土壤的实验测试值进行对比分析,其结果吻合较好,验证了模型的适定性和可靠性,解决了实验数据处理以及结果对初值的敏感性问题,并且该数值方法可通过多组初值参数进行数值实验,结合实验结果来满足实际工程的需求。这不仅对非饱和带内污染物传输、气藏工程试井计算、填埋气体的释放以及挥发性有机污染物的去污分析中两相流数值计算提供基础,而且对K-S-P本构关系之间参数的确定提供了可靠的理论依据。

台阶坝面消能水气两相流数值模拟

采用VOF法模拟自由表面,用非结构网格来处理复杂的边界形状,并根据边界形式进行适当的分区,利用k-ε气液两相流模拟光面和台阶溢流面的流场,得到了溢流面的流场、水面线以及消能率等相关水力参数。数值模拟试验结果表明,台阶溢流坝面水流紊动掺气充分,消能率较高,并与物理模型试验结果进行对比分析,二者吻合良好。

输水暗涵水气两相流数值模拟

本文建立了耦合VOF法的三维非稳态水气两相流k-ε模型,同时考虑了沿程壁面粗糙度的影响。结合南水北调东线一期工程济南段进行了输水暗涵水气两相流数值模拟。首先与水工模型水深和流速分布的试验结果进行了对比分析,吻合较好;其后重点分析了实际工程中输水暗涵下卧段的流场情况,结果表明:下卧段入口和出口处水流过渡较好,与下卧段水工模型试验观察到的现象一致;在过流断面上,流速是非均匀的。此外还模拟得到了输水暗涵沿程水深分布情况,总体上水深呈下降趋势。

基于水气两相流的水布垭电站泄洪雾化有限元分析

泄洪雾化实际上是水气两相流体混合运动的过程。笔者从描述流体运动的质量守恒以及动量守恒方程出发,建立描述泄洪雾化的数学模型,采用有限元法求解模型。求解过程中采取了相应的非线性项求解策略,解决了求解过程中的数值收敛性与稳定性问题。通过与传统的方腔驱动流动算例进行对比,验证了模型的正确性。根据水布垭电站溢洪道及河谷地形地貌建立了三维有限元计算网格,并对其泄洪过程进行了数值模拟,通过与泄洪实测数据对比发现,该数值方法对泄洪雾化过程中的风场、雨场具有较强的预测能力。

用水气两相流数学模型计算明流长隧洞通气量

结合工程实例 ,利用水气两相流数学模型计算明流长隧洞的通气量 .计算结果表明 :该模型具有良好的模拟能力 ,能适应不同的工程布置和运用条件 ,运用该模型计算通气量具有较高的精度 .通过数值计算揭示了通气量随隧洞运行条件的变化规律 ,为工程设计、施工提供有关的参考依据 .

基于实验模型的虹吸管道水气两相流动特性研究

通过系列实验量测了不同安装高度、不同水头差下管径为2cm虹吸管的流量及压降大小,观察了虹吸管水气两相流流态下气泡及气团流动现象。结果表明,在管道水头一定时,随安装高度的增大,虹吸管的过流能力逐渐减小。在虹吸管的竖直管段中,压降值随管道水头的增大而增大,随安装高度的增加而减小,且虹吸管下行管的压降值明显大于上行管。在水平管段中,压降随管道水头的增大而增大,随安装高度的增大而减小。当虹吸管内发生气液两相流时,沿程水头损失不能直接用达西公式计算,沿程阻力除了受管道水头影响外,还应与安装高度大小有关,安装高度不同,压降值也不相同。

阻塞式复合内消能泄洪洞强剪切水气两相流的水力特性研究

为了揭示复合内消能泄洪洞空腔旋流在经过阻塞和扩散后形成的旋转扩散强剪切水气两相流的水力特性,采用Realizableκ-ε紊流模型和VOF法结合模型试验结果对强剪切水气两相流的水力特性进行研究。结果表明,强剪切水气两相流在洞内形成了一种快速贴壁面流动的水流保护层,防止空蚀空化;压强沿程先增大后减小,且随过流断面增大,最大负压由洞中心向洞底偏移;洞内流速沿程呈波动式减小,洞底与洞顶流速呈反对称变化;紊动能和耗散率沿程先增大后减小,且水气混掺越剧烈紊动能和耗散率变化越大。可见强剪切水气两相流对内消能泄洪洞起到了较好的保护和消能作用。

泄洪竖井内水气两相流特性数学模型适宜性研究

为明晰数学模型对泄洪竖井内水气两相流模拟的适宜性,以公伯峡水电站泄洪竖井为例,结合模型试验结果,研究了3种不同数学模型对环形掺气坎下部竖井内流态、压强、流速、通风量、掺气浓度等特性模拟的适宜性。结果表明,局部-VOF模型适宜于模拟竖井内空腔区和水气混掺区流态、环状空腔长度和断面掺气浓度;局部-混合模型能较好地模拟水气两相流衰减,因而对水气掺混区下部壁面压强和流速的模拟具有较好的适宜性;整体-VOF模型对环形通气孔通风量的模拟效果较好,可为通气孔的设计和风速的计算提供有益参考。可见针对泄洪竖井内的不同参数,应灵活选用不同的数学模型进行模拟。

明渠水气两相流数值模拟

本文采用紊流代数应力模型计算了明渠强迫掺气水流掺气设施后的两相流动，通过求解气相的质量守恒方程求得两相混合物的掺入浓度分布。算例与实验资料比较，结果基本吻合，表明这种模型是合理可行的。

基于水气两相流的降水渗水桩渗水性分析

渗水桩是一种可以提高地表降雨入渗效率的设施,主要应用于海绵城市建设。渗水桩通过改变地表透气边界,降低土体内孔隙气压力,促使雨水快速入渗,达到"排气减压、促进入渗"的目的。基于水气两相流理论,采用数值模拟方法分析渗水桩的渗水性。结果表明,土体埋设渗水桩可以显著减小孔隙气压力,提高地表入渗率;渗水桩渗水性在中锋型降雨时发挥最优;桩材料的饱和渗透系数越大土壤累积入渗量越大,增长率呈减速增长;保证体积不变渗水桩由窄变宽更利于雨水入渗,超过宽深比阈值后,渗水桩的促渗效果无显著变化。渗水桩有利于提高雨水入渗量,降低地表径流量,研究成果为渗水桩的适宜条件、材料选择及几何形态的设计提供了依据。

水气两相流分段分模型数值模拟方法研究

为了更准确地分析水平旋流内消能泄洪洞阻塞扩散段水流特性,采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合的研究方法,以旋流阻塞扩散段至气体溢出段为研究对象,重点针对试验研究中难以对泄洪洞内部进行观测的问题,开展水气两相流分段分模型数值模拟方法研究。研究结果证明:Mixture模型和VOF模型在旋流区、水气掺混区和气体逸出区分类运用的可行性,且采用分段分模型和单模型数模结果相比表明,分段分模型数值模拟与试验结果更吻合。此外,数模仿真过程选取相对稳定的旋流均匀段作为进口边界,相对稳定压强作为出口边界的边界条件正确性得到验证。

基于Fluent的水气两相流的数值模拟

在水利工程中，因水流水头高、流速大、紊动强、水流表面或过流边界突变．造成大量的空气掺入水流中．形成水气两相流．称之为掺气水流。随着计算机技术的迅速发展．计算流体力学的数值模拟技术有了很大发展．本文以Fluent6．2软件为基础．采用标准紊流模型．对明渠水气两相流进行了数值模拟研究．

入渗补给范围对包气带水气两相流运移过程影响的数值模拟研究

【目的】基于数值模拟方法揭示入渗补给范围对包气带中水气两相流运移过程的影响。【方法】基于多相流数值模拟软件TOUGH2/EOS3构建水气两相流数值模型,模拟分析不同入渗补给范围对包气带中水分入渗补给过程的影响。【结果】研究表明存在临界入渗范围L0,大于和小于此临界入渗补给范围时,包气带中水分运移规律差异明显。在此基础上,进一步探讨了影响临界入渗范围的因素。数值模拟结果表明,毛管压力的变化对临界入渗范围的影响较大,不考虑毛管压力作用会使包气带中水分渗流在垂直方向更加集中,此时入渗范围对水分入渗的影响较小。【结论】在一定范围内,包气带厚度与临界入渗范围呈正相关,补给速率与临界入渗范围呈负相关。

阶梯溢流坝水气两相流数值模拟

阶梯溢流坝作为一种重要的消能结构已逐渐赢得广大学者和溢流坝设计者的兴趣.为了深入地认识阶梯溢流坝面水气两相流的复杂特性,引入水气两相流混合模型,采用RNG k-ε紊流模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的流速、掺气浓度、初始掺气点和压力等特征参数.实测结果验证了数值模拟的可靠、合理性,有助于深入研究阶梯溢流坝的消能机理.

泄洪竖井内水气两相流研究方法对比分析

环形掺气坎是设置于泄洪洞竖井中的掺气减蚀技术,为明晰不同的水力学方法对其下部水气两相流特性研究的适宜性,该文以公伯峡水电站泄洪竖井为例,结合原型观测、模型试验和数值模拟三种水力学研究方法,研究了不同方法对泄洪竖井内水力特性的适宜性。结果表明:3种方法均能准确反映进口段水流流态;数值模拟在压强、掺气特性、通风特性和消能率等方面的模拟结果较为准确;模型试验因缩尺效应等原因不能完全反映竖井段的水气掺混效果,使其难以准确反映竖井内水气两相流流动规律。工程设计中应结合多种水力学研究方法共同研究,以确保结果的准确性。

基于水气两相流的泄洪雾化机理及规律研究

泄洪雾化是水利工程中常见的水气掺混现象,通常伴随着强风和强降雨,研究其形成机理与变化规律对保障设备、环境和人员的安全具有重要意义。基于水气两相流理论并采用有限单元法模拟了水布垭溢洪道的泄洪过程,从而分析了雾化的形成机理和时空变化规律,讨论了下泄流速和下泄流量对雾化的影响。结果表明:所采用的模型和算法能较好地模拟泄洪雾化过程;下泄水流经溢洪道相对负压区掺气形成高掺气水流,继而在水舌落水点附近受压力梯度驱动释放气体,该过程中产生的水雾和风动是泄洪雾化形成的重要原因。根据风速和雨强等参量的时空变化规律,泄洪雾化在时间上可分为起泄、波动、过渡和稳定四个阶段,在空间上可分为负压影响区、暴雨区、溅雨区、雾流降雨区、薄雾区和无影响区六个区域。随着下泄流速和下泄流量的增加,风速和水雾浓度递增,流体压强先减后增,可为比较不同泄洪工况下的雾化情况提供参考。

孔隙率对多孔介质模型内水-气两相驱替规律的影响

多孔介质的孔隙率是影响水气两相驱替模式和注液饱和度的重要因素,饱和度是决定离子型稀土矿浸出率的关键指标。开展四种孔隙率的多孔介质中水气两相驱替微流体模型试验,确定了水气两相驱替模式,分析了气体团簇的形成机理及其分布特征,研究了孔隙率对模型内注液饱和度的影响。结果表明:水气两相驱替为毛细管指进模式,孔隙率高的多孔介质中指进现象更显著;随着毛细管数的增大,渗流模式逐渐趋于稳定。毛细管指进过程容易在多孔介质孔隙中形成气体团簇,低孔隙率模型中的气体团簇小而多;高孔隙率模型内的气体团簇大而少。模型内的注液饱和度随着孔隙率的增大而减小,随着注液强度的增大而增大。