采用拟可压缩性方程对混流式水轮机转轮的紊流模拟

通过拟可压缩性方程,采用有限差分的隐式格式和K-ε两方程紊流模式对混流式水轮机转轮进行三维纳维斯托克斯数值算法已经研究开发出来。旋转流场中的粘性流动可以很好地得到模拟,它既可用于流场的设计运行工况,又可适用于转轮进口边附近引起流动分离产生强烈旋涡的非设计工况。由于该算法采用了隐式算法和靠近壁面采用了壁面函数,CPU时间不需要太长,因此,它可用于象桌面工作站一样的小型计算机,并能充当设计工具,曾一度用于可压缩性流体的这种算法已被证实可用于模拟透平机械行业中复杂的不可压流动。

采用拟可压缩性方程对混流式水轮机转轮的紊流模拟

通过拟可压缩性方程，采用有限差分的隐式格子和ｋ－ｉ两方程紊流模式对混流式水轮机转轮进行三维纳维斯托克斯数值算法已经研制开发出来，旋转流场中的粘性流动可以很好地得到模拟，它既可用于流场的设计运行工况，也可适用于转轮进口边附近引起流动分离产生强烈旋涡的非设计工况，由于该算法采用了隐式算法和靠近壁面采用了壁面函数，ＣＰＵ时间不需要太长，因此，它可用于象桌面工作站一样的小型计算机，并能充当设计工具。

对旋式轴流泵全流道三维非定常紊流场的数值模拟

基于非定常不可压牛顿流体的控制方程和标准e-k紊流模型,应用SIMPLEC算法,数值模拟了对旋式轴流泵联立全流道在一个完整的转动周期内的三维紊流流场。通过给出全流道中间周向截面的压力与速度等值线图,以及中间干涉面的压力等值线及分布云图,直观地显示了一个转动周期内前置叶轮、后置叶轮及全流道的流场特性变化和干涉情况,表明联立全流道非定常三维紊流场的数值模拟方法是人们认识对旋流场流动与干涉机理经济实用的理论手段。

阶梯溢流坝面流场的紊流数值模拟

为了详尽地研究阶梯溢流坝面的紊流流场特性 ,采用雷诺应力模型对阶梯溢流坝面上的流场进行紊流数值模拟 ,得到了阶梯坝面水流的速度场、压力场、紊动能和紊动耗散率的分布规律 ,并与实测值进行比较 。

多喷孔射流的三维紊流数值模拟及消能分析

多喷孔淹没式套筒阀是一种用于压力管道的新型消能型式,它是利用多股多层喷孔使水流高速喷出后在消力池内卷吸、掺混,形成强烈紊动水流来消减能量。喷孔的大小、数量以及布置方式决定了该消能工的消能效率。本文采用RNGk-ε紊流模型对管道出口多喷孔射流消能进行了三维数值模拟研究,对喷孔的优化布置方式进行初步的探索,对该消能工的消能机理以及其它水力特性也进行了分析讨论。提出了断面余能比概念,并以此通过分析比较不同喷孔个数以及喷孔布置方式下的消能效果,发现喷孔交错梅花状布置的消能效果明显优于平行排列的布置方式,给出了断面比能与喷孔个数的变化曲线。

低佛氏数水跃紊流数值模拟研究

【目的】研究低佛氏数(Fr1)水跃紊流的水力特性。【方法】采用VOF方法处理闸门上、下游表面,用二维RNG型k-ε紊流数学模型,对低佛氏数(Fr1=2.0～4.5)水跃紊流进行数值模拟,研究了不同低佛氏数水跃的跃后水深、水跃长度及流速分布,分析了水跃区及其下游明渠流区压强、紊动能、耗散率和水跃消能率的特性。【结果】淹没系数大于1.2时,水跃长度均大于其他经验公式计算的水跃长度,且水跃长度增幅随佛氏数的增加而增大。水跃区断面各点时均流速最大值沿程减小;跃后明渠流区,断面各点平均流速沿程无明显变化。水跃区主流与漩滚交界处附近,特别是泄水闸门附近的紊动能及耗散率均最大。随着佛氏数的增加,理论和实际消能率均增大,且理论消能率大于考虑了跃后紊动能的实际消能率。【结论】低水头水利枢纽泄洪功率较大,应充分考虑低佛氏数水跃实际消能率低的水力特性,设计合理的消能设施以解决其消能防冲问题。

离岸式人工岛内河水体紊流数值模拟与换水研究

以福建某人工岛为例,进行了内河道换水计算研究。为兼顾景观和环境,人工岛内设置内河道,河道两端设闸门。根据外海潮位和内河保证水位等水文条件,进行人工岛内河道换水计算研究。得到开闸时机、换水时间、不同情况下水体交换量和内河道水体流态图,并推荐了合理的换水方案。

《紊流数值模拟》研究生优质课程建设探索与实践

随着我国大、中型水利工程建设迅速发展,准确快速预测水流现象愈来愈受到工程技术人员的重视,将《紊流数值模拟》课程建设成适应现代水利工程前沿技术的发展需要的优质课程尤为迫切。本文以新疆农业大学水力学及河流动力学、水利工程专业硕士学位课——"紊流数值模拟"为对象,采用全面调查、综合探讨等方法,采用重考核过程、多阶段形式组合的考核评价方式,满足研究生全方位课程学习的要求,提高课程教学质量、培养学生解决实际问题的能力和创新能力。

弯道河段闸坝式枢纽水力特性三维紊流数值模拟

采用三维紊流数学模型模拟某个处于弯道上的闸坝式水电枢纽工程,得到泄流能力、水面线、流速等水力参数的分布规律,并将计算结果与水工模型试验实测数据进行比较,两者吻合良好,表明对水面波动不大,或者水面波动虽然相对较大,但掺气量不大的自由面水流,采用本研究方法能够得到较高的模拟精度,取得令人满意的计算效果.本文的研究方法可以在一定程度上代替模型试验,对工程泄水建筑物方案的优选有重要作用.

多股多层水平淹没射流数值模拟研究

多股多层水平淹没射流是一种新型消能型式。本文采用VOF(VolumeofFluid)法和RNGk-ε紊流模型结合向家坝水电工程对多股多层水平淹没射流进行了三维数值模拟,将计算值与实验值进行了对比,计算值与实测值吻合较好,表明数值模拟方法是研究消力池水流运动规律及消能机理的有效途径。文中分析讨论了多股多层射流进入消力池后的水流结构与消能机理,研究结果表明:多股、多层射流进入消能水体时,在各主流的四周有一个消能旋滚,形成多个强剪切层消能区,消能率较高,但在平面上没有形成明显的、贯穿的立轴旋涡。同时,由于各漩滚的相互作用,能有效减小对消力池固壁的冲刷。

低Fr数宽尾墩消力池流场3维数值模拟

宽尾墩消力池在许多工程中得到应用,而低Fr数宽尾墩消力池内部流场较为复杂,实验结合数值模拟旨在达到工程中体型优化的目的。针对实验观察难以获得详细的各项水力参数的问题,采用RNGk-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对低Fr数宽尾墩消力池内部流场进行了数值模拟,获得了水流形态、流速分布和紊动能分布特性。两种体型消力池内水位沿程分布、临底流速等水力学参数的计算值与试验值吻合良好,说明该数值模拟是稳定可靠的。对比两种方案的水流形态及流场特性发现,推荐体型消力池流场稳定性较好,水流无横向流动,运行方式灵活,并获得了模型试验难以测量的流场详细信息,结果令人满意。

高水头船闸阀门段体型优化三维数值模拟

采用动网格技术和VOF方法对阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,分析阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,分析出现空蚀危险的区域和时刻。针对阀门后突扩体顶板和升坎凸弧处出现的较低负压问题,提出8种体型方案,并分析体型参数对流速、流态、压强分布的影响,遴选出最佳体型。分析结果表明,方案3的顶板压强最大,方案8的升坎凸弧处压强最大。

鱼背山水库岸边阶梯溢洪道流场的三维数值模拟

本文采用k ε双方程紊流模型 ,针对复杂曲线自由水面和边界条件 ,分别引入适用于分层两相流的流体体积分数 (VOF)模型求解曲线自由水面和非结构网格来剖分三维计算区域 ,成功地对鱼背山水库岸边阶梯溢洪道流场进行了三维紊流数值模拟 ,得到了溢洪道沿程的自由水面位置、速度大小及分布、阶梯面上的压力、流场的紊动动能和紊动耗散率分布等重要流场特性 ,尤其是各种特性参数沿溢洪道宽度方向的变化和分布。利用上、下游的水深和流速计算了阶梯溢洪道的消能率 ,对阶梯溢洪道的紊流数值模拟研究做了一些开拓性工作。

多层水股射流在水垫塘内流场特性的数值模拟

研究表孔采用上翘或下跌式、深孔采用下弯式布置所形成的表深孔上下差动出流,水股分层分散射流在水垫塘内的流动特征和各水股射流之间的干扰碰撞特性。选用非定常不可压缩流动的N-S方程和RNGk-ε紊流模型,采用VOF(Volume of Fluid)法,结合溪洛渡双曲拱坝水垫塘,对不同间距的多层二元射流进入消力池后的水流结构进行了数值模拟。分析不同水股间距对水垫塘底板的冲击压力的影响以及与流场、速度场的关系。

高水头大流量泄洪隧洞水力特性数值模拟研究

采用VOF法和k-ε紊流模型对金沙江溪洛渡水电站高水头、大流量泄洪隧洞水力特性进行数值模拟,获得了泄洪隧洞的流动过程、流量系数、水面线、流速分布、压力分布、空化数分布、掺气量等水力学参数,并分析了对泄洪隧洞安全的影响。结果表明,泄洪隧洞的泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,龙落尾段需进一步优化,第二、三级掺气空腔的长度和高度均偏小,掺气坎两侧通风竖井的风速偏大,掺气坎需优化。

多孔淹没紊动射流三维流场模拟及消能分析

采用RNGk-ε紊流模型,结合万家寨引黄入晋工程第1区段压力管道出口多喷孔淹没射流消能,进行了三维数值模拟研究,对不同喷孔个数时流场的时均特性和紊动特性进行了比较,分析讨论了多孔淹没射流进入消力池后的水流运动规律与消能机理。结果表明,射流动量的分散程度是决定消能效果的关键,在保持孔口总面积不变的条件下,随着喷孔数的增加,消能效果显著提高,但当喷孔数增加到60个时,其变化显著减缓。多喷孔射流进入消能水体后,射流水股与周围水体接触面积极大增加,在距离喷孔出口0.41 m左右时射流能量迅速衰减,加之各水股间的相互卷吸、掺混,形成了多个强剪切消能区,消能率较高。同时,由于各漩滚的相互作用,可有效地减小其对消力池固壁的冲刷。

泵站前池流态的数值模拟

应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网络系统和三维紊流数值模拟的方法 ,模拟了泵站前池水流流态。计算结果表明 ,对具有复杂几何边界的泵站前池水流 ,特别是前池中设置几何尺寸相对较小的底坎、导致墩等情况 ,方法非常适合。可以较好地模拟出局部区域复杂的水流流态 ,生成网络的计算工作量小 ,能非常方便地进行不同整流方案的计算比较 。

大伙房水库主溢洪道三维流场数值模拟

采用RNGk-ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对大伙房水库主溢洪道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道堰面压力、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果吻合较好。

高水头大流量泄洪隧洞体型优化数值模拟研究

采用VOF法和k-ε紊流模型相结合对金沙江溪洛渡水电站3#泄洪隧洞泄洪过程进行了数值模拟,针对设计体型存在的第二、第三级掺气坎的掺气空腔长度和高度偏小,龙落尾段的水流流速过高,空化数局部偏小的问题,优化了泄洪隧洞奥奇段体型,调整了掺气坎的布置,使泄洪隧道压强分布更趋均匀,空化数分布趋于平稳,从而改善了泄洪隧洞水流的空蚀空化特性。同时增大了掺气空间,加大了泄洪隧洞的掺气保护长度。

微射流作动器外流场紊流数值分析

采用隐式高阶紧致差分格式、Beam-Warming近似因式分解法结合低雷诺数k-ε模型求解Faver平均N-S方程,对二维、粘性、非定常、可压微作动器外流场进行数值模拟。内置似牛顿子迭代用来消除因近似因式分解、线性化、显式使用边界条件及隐式一边采用低阶空间离散近似所带来的误差,以提高精度。隐式高阶紧致差分格式具有高的精度和强的稳定性。与其它人工粘性方法相比,隐式高阶数值过滤方法对许多情况,特别是对于低马赫数的流场计算有明显优越性。计算结果和实验现象相当吻合。