基于Rhino和Flow-3D耦合的串列四桥墩局部冲刷数值模拟

针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题,以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象,以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件,考虑泥沙水下休止角等影响因素,通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究,得到串列四排桥墩周围流场结构及冲坑演变过程。将模拟得到的流速值和冲深值与物理试验结果对比,相对误差均在10%以内,表明构建的数学模型能够较好地实现复杂地形下非均质河床的四排桥墩局部冲刷数值模拟。模拟方法可为类似三维曲面数值模拟研究提供参考,对于识别桥墩周围水流结构和冲刷特性、指导桥梁规划设计具有重要的参考价值。

基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷及防护研究

桥梁基础的局部冲刷是导致桥梁水毁的主要因素之一,需要采取一定措施进行防护处理。本文基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块,采用RNG k-ε湍流模型对圆柱形桥墩开展了局部冲刷防护三维数值研究,分析了安装护套对圆柱形桥墩局部冲刷防护的效果。计算结果表明:护套装置能够大幅降低最大冲刷深度,最大冲刷深度仅为无防护情况的13%;安装护套装置后,河床冲刷形态较无防护时发生了较大变化,桥墩迎水侧未发生冲刷,最大冲刷深度位置位于护套侧前方距离护套边缘很小距离的位置;在护套两侧冲刷坑后方,形成了与无防护工况类似的较大面积的沙丘拖尾,但由于冲刷程度较小,水流中的泥沙含量较低,沙丘的高度和面积均远小于无防护工况。

利用Flow-3D软件数值模拟堰塞坝溃决过程

利用Autodesk Civil3D软件,根据卫星遥感测绘获取的高程数据,建立唐家山堰塞坝三维数值模型,运用Flow-3D软件,模拟堰塞坝溃决过程,并通过与现场测量的溃口流量过程对比验证模型的合理性。堰塞坝漫顶冲蚀分3个阶段:快速溃口发展阶段、洪峰阶段、溃口发展减缓阶段。在溃决过程中,泄流渠中陡坎处的流速较快,泄流渠两岸冲蚀最深;唐家山堰塞坝溃决过程中,泄流渠有溯源侵蚀现象出现。参数敏感性分析表明:起溃水位对溃决过程影响显著;开挖泄流渠可有效降低堰塞坝溃决时的库水位,从而降低溃口的峰值流量,是控制危害损失的有效方案。

基于Flow-3D的新型半圆形构件水动力特性研究

生态丁坝是基于水工学和生态学的新型整治建筑物,不仅起到调控河道水位、维护边坡稳定的作用,还促进了生态修复。采用Flow-3D流体力学软件分析了新型半圆形构件的流速、紊动能等关键水动力要素。结果表明,基于Flow-3D数值模拟得到的水流流速拟合结果良好,采用该软件研究航道整治工程中复杂构件的水动力特性是可行的;新型半圆形构件内的横隔板将腔体分为上下两块区域,上方水流流速、紊动能明显大于下层,且下层流速、紊动能基本不受外界流速影响;构件上下层具有不同的生态效应,其水动力特性分别适宜于鱼类和底栖生物的生存。

FLOW-3D气泡流模型关键参数敏感性探究

为了探究FLOW-3D气泡流模型的黑匣子细节,以45°陡槽均匀流的试验数据为参考,对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明:明渠掺气水流中气泡尺寸主要受临界毛细管数控制,临界韦伯数仅在掺气水面附近对气泡大小有微弱影响。拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数对结果的影响较大,而临界毛细管数、临界韦伯数以及气泡初始直径对计算结果的影响则相对较小。大于默认值的拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数会提高湍流强度并增加掺气,但小于默认值的参数对计算结果的影响更为显著。因此,在使用FLOW-3D进行掺气水流模拟时,应主要对拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数进行调校,以提高模型的准确性。

基于Flow-3D软件的滨海水闸高淹没出流能力的计算

高淹没度条件下,水闸出流能力变化较大,其精度关系到水闸和周边工程的正常安全运行。以萧江水闸为例,基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε模型和VOF方法建立三维水流数值模型,对高淹没条件下水闸的出流能力进行研究,计算出的上、下游水位关系与物理模型试验结果一致性较好。结合试验成果拟合高淹没度条件下淹没系数的计算公式,公式计算结果与试验值较为吻合。

基于FLOW-3D的滑坡运动过程模拟研究

白鹤滩水电站是我国实施“西电东送”的重点工程之一,移民安置点潜在的地质灾害威胁到库区居民的生命财产安全以及电站的正常运行。通过野外调查获取基础资料,选取FLOW-3D数值计算模型,对白鹤滩水电站安置点的典型滑坡地质灾害失稳过程进行分析预测,获取在不同时刻滑坡的运动速度及堆积状态。研究结果表明:安置区典型滑坡整体运动时长约30 s,最大滑动速度约20 m/s,最大堆积厚度约6 m。滑坡威胁对象主要为堆积区内的民房及临时施工道路。

基于FLOW-3D的三维数值波流水槽的构建及应用研究

为获得具有自由液面的三维波流水槽,基于FLOW-3D有限差分程序,选用RNG?-?紊流模型,基于线性波速度入口法造波,采用VOF方法对自由液面进行追踪。构建具有自由液面的三维波流联合作用数值水槽,对比压力出流边界与Sammerfeld辐射边界发现,在波流水槽内采用压力出流边界能够保持流体体积守恒,波形稳定;加入的孔隙结构,不仅能保证良好的消波效果,而且流体能够顺利通过,对消除反射波影响效果良好;与实验结果对比发现,垂向时均流速与实验数据拟合较好。波流场中桩柱前形成明显下潜水流及漩涡,是形成局部冲刷主要原因。本文所构建的波流数值模型波形稳定、具有良好的波流特性,能较好反应波浪与水流之间的相互作用,可进一步模拟波流场与结构物之间的相互作用或波流作用下泥沙冲刷等研究。

基于Flow-3D的水平射流冲刷泥沙数值模拟

为了模拟分析闸口水平射流对下游泥沙冲刷的全过程,基于水工模型试验,采用Flow-3D软件中的泥沙冲刷模型结合RNG模型和FAVOR方法,进行了水平射流冲刷固定底板下游泥沙的模拟试验。根据原水工模型条件,结合模型试验结果,对冲刷过程中的水面线、流速分布、冲坑深度和堆丘高度进行了对比分析。结果显示,数值模拟与原试验结果中水面线和流速分布吻合度很高,冲刷过程中的冲坑深度与堆丘的高度也很接近。分析了冲刷过程中的泥沙运动,模拟了不同粒径泥沙的冲刷过程并将结果进行对比,发现达到冲刷平衡阶段时冲坑深度与堆丘高度随泥沙粒径的增大而减小,该结论符合理论分析,证明该软件中泥沙模型可用于物理试验中的有关变量分析。

基于FLOW-3D软件的块体水垫塘消能机理数值模拟

针对目前高坝水垫塘形式存在的缺点,采用FLOW-3D软件模拟了块体与平底水垫塘内水流的运动特性,结合平底水垫塘的消能机理,对比分析了块体水垫塘的水流流态、流速衰减和消能率等。结果表明,块体水垫塘消能效果较好,数值模拟方法准确性较高。

基于FLOW-3D的GMAW焊熔池行为数值分析模型

基于FLOW-3D软件,建立了GMAW焊传热和熔池流场的三维瞬态数值分析模型.电弧热输入和电弧压力均采用双椭圆分布模式描述,熔滴过渡过程则通过高温液态金属的质量和动量源项表征;同时,模型还考虑了电弧等离子体切应力、电磁力、重力、浮力等作用于熔池的主要应力.利用该模型对碳钢温度场及熔池流体流动进行模拟计算.结果表明:受熔滴冲击影响,熔池始终处于周期性震荡过程中,无法真正达到准稳态;同时,该模型能够模拟飞溅等焊接成形缺陷,继而可以更为全面、合理地描述焊接物理过程,为深入理解焊接内部机制提供有力支撑.

基于FLOW-3D的水垫塘底板脉动压力数值模拟

水垫塘底板作为下游河床的防护结构,承受着高速水流的持续冲击,脉动压力是引起其冲刷破坏的主要因素。基于FLOW-3D软件,采用RNGk-ε紊流模型和VOF法对某高拱坝水垫塘底板脉动压力进行了数值模拟,得到了动水压力的时均值、脉动压强系数、概率密度分布和功率谱密度。通过物理模型试验结果验证表明,模拟计算值与物理模型实测值吻合较好,说明数值模拟方法可以应用于脉动压力研究。

基于Flow-3D的堤防堵口水力条件数值模拟

为了研究极端洪水条件下某河道砂性堤防溃口快速封堵技术,选取典型堤段,基于FLOW-3D对具有实际地形的堤防溃口水流运动进行三维数值模拟,计算不同口门宽度及堤防内侧不同水位条件下的口门区域水位、水位场分布、流速及流速场分布等水力学特性。结果表明,溃口内外水位差和口门宽度均对溃口分流量、口门断面平均流速有显著的影响;随着口门束窄,溃口前水位逐渐抬高,口门断面流速先增后减;口门底部和下堤头前局部流速较大。总结该河道堤防溃口水流运动特性和规律,其结果可为类似工程堵口材料和施工工艺的选取提供参考和科学依据。

基于Flow-3D的多阶明渠工程数学模型研究

[目的]研究灌区多级阶梯明渠水流的水动力特性及泥沙淤积问题,并评价其对多阶明渠工程的影响.[方法]基于VOF方法,在Flow-3D平台上建立了山东省德州市牛角店输水工程的三维数学模型,通过模拟不同工况下的三维多阶明渠水流,对比分析水流流速分布、水面线变化及渠底泥沙淤积情况.[结果]水流流态平稳后,最大流速出现在第二级阶梯上,挟沙水流流速较清水流速大0.50~0.86 m/s;在挑坎及第二级阶梯上,水面线变化幅度较大;随着时间推移,泥沙主要淤积于挑坎前及第三级阶梯底部,200 s时淤积厚度最高达0.143 mm.[结论]在牛角店输水工程施工及后期运行中,适当加固第二级阶梯渠底,提升第二级侧墙高度,并通过调控下游水位以保证灌渠的安全运行.

基于FLOW-3D的尾矿库逐渐溃坝三维数值模拟

为了分析尾矿库逐渐溃坝时溃口随时间的变化过程以及溃坝后尾砂的淹没范围,基于FLOW 3D软件建立了三维数值模型。模拟了水槽内的逐渐溃坝,将计算得出的溃口形态变化数据以及水位数据与实验数据进行对比,结果基本吻合,验证了数值模拟的精确性和可靠性。以某尾矿库为例,利用该数值模型模拟逐渐溃坝,结果表明:尾矿坝溃决时先冲刷溃口底部,而后逐渐向两侧侵蚀,坝体侵蚀断面呈U型分布,随着水量减少,泥沙慢慢沉积,最终稳定,泥沙下泄量约为总泥沙量的31.1%,随着距离的推移,泥沙淤积量沿程减少,下游房屋监测点最大水深15.44 m。

基于FLOW-3D的建筑铸钢件铸造过程仿真分析

针对建筑铸钢件造型美观、刚度好的要求,分析了其压力铸造工艺方案,建立了铸造仿真模型。对建筑铸钢件铸造过程中充型及凝固特性进行仿真分析。结果表明,在建筑铸钢件铸造过程中,充型及凝固比较平稳,无卷气及缩孔、缩松不良现象;在不同凝固时间下,同一位置固相分数不同;在同一凝固时间下,不同位置固相分数也不同。研究结果能为建筑铸钢件生产及其他建筑产品铸造成型提供理论依据。

FLOW-3D在流体力学教学改革中的应用及探讨

针对流体力学授课内容抽象和授课形式单一的特点,结合FLOW-3D软件在模拟流体力学现象中所具有的优势,文章提出将FLOW-3D软件应用于流体力学课堂教学中以帮助学生立体、直观地认识流体力学现象和掌握流体力学理论知识;通过拓展目前的教学形式,提高学生对流体力学课程的兴趣以及培养学生的动手能力和创新能力;同时加强教学与实际工程之间的有机结合。

FLOW-3D v9.3铸造数值模拟技术之几何模型构建

构建模拟项目的几何模型是铸造数值模拟的首要环节。FLOW-3D中几何模型由一个或多个component构成,每个component又是由一个或多个最基本的组元subcomponent组成的具有相同性质和初始条件的空间实体。通过subcomponent的创建、导入与变换,组装component,完成模拟项目的几何模型的构建。

基于Flow-3D的输油管接头铸造工艺设计优化

利用铸造仿真模拟软件Flow-3D,对一种铝合金输油管接头零件的铸造工艺中可能出现的问题进行仿真优化,改进工艺,消除缺陷。通过对仿真结果的分析,发现在输油管接头的法兰部位出现了气体聚集现象,通过采取增加出气孔等优化工艺措施,得到了较好的充型结果。凝固模拟显示铸件无缩孔等凝固缺陷,表明优化后的工艺合理可行。利用该工艺进行了砂型铸造试制,铝合金输油管接头铸件的缺陷基本消失。

基于Flow-3D的风电轮毂浇注系统设计及优化

针对风电轮毂零件形状复杂、壁厚较大,如果浇注系统设计不当则极易出现卷气、夹渣等缺陷,严重影响铸件的力学性能问题,通过分析轮毂零件的结构特点和技术要求,根据铸造工艺设计原理完成浇注系统方案设计;利用Flow-3D仿真软件模拟其充型过程的温度场、速度场和压力场并结合内浇口的时间-速度曲线,分析浇注方案和生产工艺的合理性,优化浇注系统方案;并利用优化的方案进行试生产,获得质量合格的风电轮毂铸件.