VOF方法模拟水面振荡流场

应用VOF(Volume of Fluid)方法结合不可压缩流体的N-S方程和连续性方程对矩形水池中的水面振荡流场进行数值模拟。采用共轭剩余法结合差分法求解N-S方程和连续性方程,采用施主-受主法求解流体体积函数控制方程。计算得到一个振荡周期内典型时刻矩形水槽水面振荡流场分布情况并与理论分析结果进行比较。并将计算得到的前6个周期时刻的振荡流场自由面分布曲线进行比较。结果表明,数值模拟所得水面振荡流场演化过程符合理论规律,VOF方法能够较为精确地模拟水面振荡流场。

封闭水池中的水面振荡

采用Beji和Nadaoka提出的改进型Boussinesq方程,并利用文[1]提出的3时间层有限差分格式计算封闭水池中的水面振荡.具体给出一种空间差分的方法,计算结果表明,本法计算的水面振荡情况比文[1]中提供的水面振荡情况强烈.原因是文[1]采用了幅射条件,人为地吸收了边界上的波能;而本法利用全反射条件,较好地反映了物理实际.如果水池尺寸较大,并且在边界上采取了吸收能量的措施,文[1]的计算方法是可取的.

分段低压输水管系的水力振荡特性

分段低压输水管是一种结构相对简单,采用分段降低水头的自流有压引水结构。本文从U形管的水面振动特性出发,对分段低压输水管系的水力振荡特性进行分析和推导,建立了分段低压输水管系输水单元的水力振动方程和固有水力振荡频率计算公式,分析了水流振荡向下游传播的共振特性,提出了控制水力振荡的结构优化方法。采用特征线计算方法对某具体工程在流量调节过程中的水力振荡过程进行数值模拟,验证了理论推导和结构优化的合理性。

密山井水位动态的变径观测与研究

在黑龙江省密山井进行了三种不同井径下的水位固体潮与水面振荡的对比试验观测。排除了水位的趋势变化与气压影响之后,水位的固体潮系数(Bg)表现出随井径的缩小而变大的趋势,水位振幅的放大率也表现出随井径的缩小而变大的趋势。因此,笔者认为缩小观测井上部水位变动段的直径,有可能提高地下水位观测井的映震能力。

下庄倒虹吸进出口水力特性水工模型试验研究

多管倒虹吸为引调水过程中的常用交叉建筑物,为使倒虹吸进口流态平稳,分水口通常不设置在倒虹吸进口附近。而下庄分水口由于征地和施工等原因,分水口与倒虹吸进口采取了合一布置,这对进口流态产生较大不利影响。基于水工模型试验,本研究提出的改无压明渠分水为有压短管分水口的方法极大改善了倒虹吸进口流态。而试验中发现下庄倒虹吸出口三个闸室在常遇工况下存在水面交替振荡现象,最大波幅达1.4 m,经过研究分析发现水流在检修闸门井和工作闸门井间的竖向扩散是造成振荡的原因,在检修门井和工作门井间设置隔梁或隔板可以抑制水流竖向扩散,从而减小了水面振荡,波幅减小至0.1 m,并且设置隔梁方案工程量相对较小,比较经济,故后续优化方案布置中采用该方案。研究成果可为类似工程的设计、研究和运行管理提供参考和借鉴。