基于紊流随机理论的航槽三维流动数学模型

根据窦国仁的紊流随机理论,建立了一种模拟河口海岸水域中航槽三维流动的数学模型。采用控制体积法导出三维偏微分方程的离散格式;将水压力分解为动水压力和静水压力,用Patankar和Spalding提出的压力校正法求解动水压力,通过求解水位控制方程来得到自由表面;紊流模型采用窦国仁提出的紊流随机理论,克服了k-ε模型中采用各向同性紊动粘滞系数的不足,而k-ε模型可作为紊流随机理论的一个特例。该模型计算了各种不同挖深比,各种航槽与水流交角的航槽流速分布,利用该模型计算得到的挖槽中的流速分布与水槽及水池试验资料相吻合。利用该模型可为开敞水域中开挖航槽的选择提供依据。

污水侧排近区特性的三维数值模拟研究——数学模型及其检验(Ⅰ)

给出描述热污水全深度侧排的三维湍流数学模型 ,并考虑了浮力效应。进而采用 Chu的实验资料进行检验 ,计算结果和试验资料的吻合证明了模型和方法的正确性 。

浅水流动及输运三维数学模型研究进展

对近年来国内外浅水流动及输运三维数学模型的发展作了较全面的回顾 ,重点论述了数学模型研究中的若干基本问题 ,包括垂向坐标的σ变换、悬沙输移的近底边界条件、自由水面的计算、紊流的封闭问题以及有效的数值计算方法。讨论了浅水流动及输运三维数学模型有待于进一步研究的方向和发展趋势。

基于VOF模型的溢流坝三维水流数值模拟

数值模拟有节约时间与成本的优点,但需要与物理实验结果对照,方能证明其准确性。文中应用计算流体力学软件FLOW3D模拟了高坝闸孔泄流的三维水流流场。按照物理模型实物,根据其外观尺寸,在数值模拟软件中建模,用RNG k-ε数学模型与VOF模型相结合的方法,对溢流坝泄流流场进行数值模拟,采用水工模型实验成果进行验证。主要考察坝面水深、流速以及掺气浓度等水力特性参数。数值模拟与模型实验结果进行对比发现两者吻合良好,证明了数值模拟的可靠性和有效性。

一体化氧化沟的三维流场模拟与分析

利用三维k—ε紊流数学模型模拟了一体化氧化沟的流速场,采用移动网格技术模拟转刷的转动及沟内动力的来源。理论计算结果与试验结果的比较表明该数学模拟结果是合理的。此外,对沟内流态进行了详细分析,在水动力学层面提出了对现有设计进行优化改进的措施。

抽水蓄能电站竖井式出水口三维数据模拟

盖板竖井式进 出水口是抽水蓄能电站采用的形式之一 ,出流工况的水力学问题是其难点问题。本文利用三维k ε紊流数学模型 ,针对西龙池抽水蓄能电站上水库盖板竖井式进 出水口 ,研究了抽水工况出流时竖井扩散段、孔口附近的流动特性 ,探讨孔口底板附近反向流速的成因。

三维紊流悬沙数学模型及应用

根据紊流随机理论,导出了各向异性紊流的Reynolds应力的数值格式将精细壁函数应用于边壁处理。将传统的悬沙运动、床沙级配控制方程推广到三维模型,给出了床面附近含沙量表达式,建立了三维紊流悬沙数学模型。用葛洲坝水利枢纽建库前后水沙资料对该模型进行了检验,结果基本一致。将该模型应用于三峡工程坝区泥沙冲淤问题的研究,预测了三峡工程建成后坝区上游河段泥沙冲淤发展过程及其分布、河床淤积物级配组成及不同时期、不同高程的流场、含沙量场等,计算结果与物理模型试验值比较接近。

溪洛渡高拱坝反拱水垫塘与平底水垫塘流场的三维数值模拟比较

采用RNG型k-ε三维紊流数学模型和自由水面"刚盖"的假定,对溪洛渡高拱坝七表孔泄洪工况下,反拱水垫塘与平底水垫塘的流场进行了数值模拟。首先把反拱水垫塘溢流中心线、两岸边附近的流速以及拱底板压强的计算值与相应的模型实测值进行了验证。在此基础上,对两种水垫塘的流态特征、近壁流速沿程扩散特征、底板压强分布等特征进行了详细比较。研究表明,两种水垫塘体型各有利弊。在水舌入水区,反拱水垫塘的流态和底板压强分布更趋合理,而平底水垫塘隅角有高压区,易产生破坏。在冲击区上下游,反拱水垫塘的流态、消能效果和底板压强分布的合理性逊于平底水垫塘。研究成果可为水垫塘型式的选择和设计提供参考。

基于VOF法的风暴潮洪水演进三维数值模拟

为了提高风暴潮灾害应急处置能力,确保防潮安全,文章建立了耦合流体体积函数(VOF)法的三维非稳态水气两相流k-ε模型,采用等效糙率的方法处理城市密集建筑群,既考虑了其阻水作用,又考虑了其蓄水作用。针对天津市滨海新区海河与永定新河之间区域的风暴潮洪水演进数值模拟与分析,对100年一遇风暴潮洪水淹没情况进行分析,并对不同频率的风暴潮洪水的严重性进行了比较。结果表明,随着风暴潮发生频率的增加,风暴潮淹没范围逐渐减小,水深随着频率的增加是逐渐减少的,该研究为海堤安全管理、风暴潮灾害的快速科学评估提供了理论依据和技术支持。

浓度及温度场问题三维数值模拟及应用

研究温度和污染物的扩散规律,对于健康河流具有十分重要的意义。在排水口附近,温度和污染物的扩散具有很强的三维性。在已开发的三维紊流水动力模型基础上,研制了浓度及温度场三维数学模型。在模型中,空度用来处理不规则边界,VOF用来处理自由面。另外,模型还采用了k-ε紊流模型和壁面函数。利用建立的模型,对水槽和天然的排水口附近的水位、流场、紊动能及其扩散率、温度场和浓度场的分布规律等进行了模拟和研究。通过研究进一步认识了排水口局部三维水流运动规律,浓度和温度扩散规律及分布。

调压室阻抗孔修圆三维数值计算

为实现物理模型与数值计算的互补,采用k-ε紊流数学模型对阻抗孔修圆进行三维数值计算,得到阻抗孔与调压室底板连接处和与底部流道连接处不同修圆半径时流入、流出大井的阻抗系数,并将阻抗孔未修圆时的计算值与实测值进行对比分析。计算结果表明:阻抗孔未修圆时水流进入阻抗孔后发生突缩,流速分布不均,中间大、周边小,阻抗系数相对较大;阻抗孔修圆后突缩效应明显减弱,水流较为平顺、均匀,阻抗系数明显减小。阻抗孔修圆优化减小了突缩损失,能够有效减小阻抗系数,即可增大阻抗孔的流量系数。

河道水流三维数值模拟研究与发展

河道水流的流态往往非常复杂。在设计水利设施的过程中,应综合考虑验证建造河道的水力因素,因此无法采用单纯的水力设计计算,需进行相应的物理试验来测定水利设施的合理性。随着计算机技术的不断提升,数值模拟技术得到飞速发展,数值模拟技术也逐渐被应用到水利工程中,由于数值模拟的准确性及便利性,数值模拟在水利工程领域变得愈加重要。该文详细阐述水流三维数值模拟的研究发展过程,总结水流模拟的优势和弊端,为数值模拟的发展提供参考依据。

基于复式断面河道水力特性的分区防护设计研究

本文建立三维紊流数学模型,通过算例验证了其合理性。根据复式断面河道水力特性计算结果,从流速梯度和紊动能等方面分析了河道横向各区域水流冲刷特性。研究表明各区壁面附近冲刷强度存在明显差异,指出复式断面河道内,受主流影响较大的河道主槽区域和坡坎拐角等壁面区域是重点防护区域,进而提出复式断面河道分区防护的观点。

双向泵站进水流道优化水力设计与试验研究

采用三维紊流数学模型对双向运行泵站的进水流道主要参数 ,根据目标函数进行优化水力设计 ,确定最佳参数值 ;同时进行模型试验 ,将优化参数与水泵装置的外特性进行对比 ,得出水泵进口 (进水流道出口 )流速不均匀度及水泵入口角与装置效率之间的关系。针对具体泵站推荐了主要参数 ,试验结果表明装置效率有明显改善 。

高拱坝深潭型水垫塘数值模拟研究

高拱坝工程为满足下泄水舌的挑距和淹没水跃长度的要求,水垫塘往往较长,而在水垫塘消能过程中实际参与进来的水体并不多,为此提出一种长度较小且能够集中消能的深潭水垫塘.以溪洛渡水电站为研究对象,采用RNGk-ε三维紊流数学模型对八深孔泄洪工况下反拱和深潭水垫塘进行数值模拟研究,首先把反拱水垫塘的流速及拱底板压强的计算值与相应模型实测值进行了对比验证,再对两种水垫塘塘内的水流流态、近壁流速、壁面压强分布特征以及消能率进行详细分析,结果发现在反拱水垫塘内,下泄水体的巨大能量主要通过淹没射流的紊动扩散和淹没水跃的作用来消除;深潭水垫塘内水体消能主要依靠贴壁流在边壁作用下返回深潭不断紊动耗散的过程;两种水垫塘底板最大冲击压强分别为8.64 mH2O和11.62 mH2O,二道坝顶平均出流流速分别为8.52 m/s和5.34 m/s,消能率分别为90.25%和92.25%.

大型LNG接收站取水泵池自动冲淤系统

大型LNG接收站取水系统泥沙淤积问题已经越来越受到各个LNG接收站运营单位关注。目前多数LNG接收站采用二维数学模型和三维紊流模型进行泵站前池流态及其改造措施研究,虽然能够通过计算得知各粒径的含沙量分布和底床淤积厚度、床沙级配,以此来预测池中泥沙淤积分布情况,但仍然不能从根本上解决取水海水中的泥沙在取水池中淤积问题。本文通过多座大型LNG接收站运营经验,借助FLUENT数值模拟技术和物理模型试验,模拟试验各种流态情况,设计出一套符合现实运营安全的取水泵房池自动冲淤系统,减少淤积泥沙对取水系统运行安全的影响。

退火炉的流场研究

应用紊流的数学模型于抚钢的退火炉,该模型包括三维的紊流 Navier—stokes 方程和 k—ε两方程模型的紊流方程。预报的流场有助于人们对烟气流的组织,得出了一些有用的结论,与现场的实测温度值取得了一致。

基于Flow-3D软件的消能池三维水流数值模拟

基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε三维水流数学模型、VOF方法和单相流体模拟消能池水流流动,应用GMRES方法求解离散方程.根据设计提出的闸下三级消能池方案,不仅验证了水闸的泄流能力,还计算了消能工况水流条件下消能池的水流情况,并且结合水工模型试验具体分析了消能池中的水流流态、流速分布、水面线和消能率等水力特性.结果显示计算的泄流能力、水流流态与模型试验的非常接近,流速和水面线的吻合度也很高.计算结果还提供了Fr值、紊动能分布图和流速矢量图,比较全面地反映了三级消能池的水流和消能情况,同时也表明该软件模型具有可行性与实用性.

基于VOF法长陡坡排水隧洞三维数值模拟

针对工程实践中某长陡坡排水隧洞的3种设计方案,即长直陡坡式、台阶陡坡式、环形堰竖井式,其流场特性、消能效果等依据经验公式法计算困难,建立了RNGk-ε双方程紊流数学模型,应用VOF法处理水气两相流自由液面,以结构化网格和非结构化网格相结合的形式进行网格剖分,采用标准壁面函数法求解水流近壁区流速,展开了多工况三维数值模拟研究.得到并分析了不同计算工况排水隧洞水流基本形态、泄流能力、消能效果、压力分布等,最终比选出台阶陡坡式方案为该排水隧洞的最佳设计方案,后期应针对性地对其合理性进行物理模型试验验证.利用CFD数值模拟法解决工程实际问题的同时,也为水利水电工程中大流量冲沟排水问题的研究提供了参考和依据.

抽水蓄能电站竖井式进出水口底部反向流速研究

竖井式进出水口是抽水蓄能电站采用的一种型式,但在抽水工况下出水口底板附近出现的反向流速对水头损失和结构物安全影响目前仍是一个亟待解决的难点。基于三维k-ε双方程紊流模型,采用数值模拟技术对其进行了研究,分析了水平方向扩散程度、垂直方向扩散程度(孔口高度)及进水口流速(抽水流量)三种因素对反向流速的影响,结果表明:水平方向的扩散程度越大,在出水口拦污栅处出现的反向流速的高度和流速值也越大,且在竖井扩散段内的分离范围也越大;降低盖板高度可以改善出水口拦污栅处的流速分布情况;进水口流速较大时,在出水口拦污栅底部的反向流速区较低。