基于CATIA建模的导流工程三维数值模拟研究

提出了包括实际工程地形的施工导流工程三维数值模拟的方法.基于CATIA模型设计软件建立了苏丹上阿特巴拉水利枢纽儒米拉大坝分期导流三维模型,实现了实际工程地形与建筑物实体的融合,真实地反映了实际工程的空间布置情况.将模型导入计算水动力学软件Flow-3D中,采用紊流双方程中的RNG模型,用Tru VOF方法进行自由表面的追踪,在1,000,m~3/s、5,380,m~3/s流量下,对溢洪道内部水流流速、流态、水面线、底板压力进行了数值模拟.经过对比分析,证明了模拟结果与试验值吻合较好,从而验证了模型的可靠性.在取得水力学参数的基础上,考虑建筑物附近的河床冲刷,探讨了围堰附近覆盖层冲刷的数值模拟方法.该研究为解决复杂水利工程的三维建模问题及相关数值模拟提供了新的方法,具有一定的参考价值和良好的应用前景.     

某水电站枢纽截流方案设计

文章结合某水电站枢纽具体工程案例,论述枢纽施工导流中河道截流的设计过程,并对水力参数进行详细计算.工程采用立堵法截流,自左岸向右岸进占,预留龙口宽度为45m,龙口最大截流流速为4.73m/s,最大单宽流量为21.45m3/(s·m),截流采用石渣、块石截流和3 t块石串,平均抛投强度为446 m3/h,最高抛投强度为580 m3/h.     

浅析配合下游电站施工导流时段沙湾电站水库调度方案

沙湾水电站是大渡河干流下游梯级开发中的第一级,下游35km处为安谷水电站,安谷电站工程于2010年动工建设,截至2012年汛期已完成左岸导流明渠的施工,2012年11月～2013年4月需完成尾水渠和泄洪渠工程的施工,枯末泄洪渠具备泄洪条件。此时段由上下游围堰挡水,左岸明渠过流,导流设计流量为1870m3/s。为配合安谷电站的工程施工,沙湾电站在此期间,需通过水库调节确保下泄流量不大于1870m3/s,保证下游施工安全,本文则重点讨论分析在导流时段沙湾电站的水库调度方案。     

糯扎渡水电工程大江截流模型试验及施工技术探讨

结合糯扎渡水电站具有截流流量大、流速大、落差大、龙口水力学指标高、截流规模大、抛投强度高、陡峭狭窄河床截流施工道路布置困难等诸多特点;计算流量(Q=1 815 m3/s、Q=3 205m3/s)及相应的上游水位与导流洞分流情况,利用立堵截流龙口水力计算公式计算不同龙口宽度下的泄流量;同时实时监测堤头龙口进占情况,实时调度全盘指挥截流施工,实现了截流过程信息化管理.     

乌东德-白鹤滩枢纽间河段通航流态的三维数值模拟

采用数值模拟方法,对金沙江乌东德、白鹤滩枢纽建成后,乌东德-白鹤滩河段的通航问题进行了初步研究.基于ELCIRC模型,采用非结构网格,选取不同的下泄流量和水位控制条件,进行了水库联合调度条件下航道水流条件的三维数值模拟.分析了满足航深的条件下两坝间河段可能出现的局部碍航流态.计算结果表明,当乌东德水电站下泄流量为10,059,m3/s时,两坝间的航深基本能够满足四级航道标准;当下泄流量为1,830,m3/s和6,178,m3/s时,局部可能出现碍航流态,如金沙江与小江的汇流口处水流将呈现立轴环流.研究结果可为乌东德、白鹤滩枢纽的联合调度提供参考依据.     

长江口北支河段全潮水文测验水通量平衡计算方法

为提高长江口北支河段全潮水文测验断面流量计算精度,满足测验区间水通量平衡的计算要求,对GB 50179-1993《河流流量测验规范》中的断面流量计算公式进行改进,采用更能反映断面流速实际分布状况的流速加权平均法计算部分断面平均流速,并采用试算法求出流速加权系数,进而计算得到断面流量和断面水通量。结果表明,本文所提算法提高了断面流量及潮量的计算精度,满足水通量平衡的计算要求,有效解决了长江口北支河段全潮水文测验水通量不平衡的问题。     

铁山港湾港口总体规划用海对海水动力环境的影响预测

【目的】研究铁山港湾港口总体规划工程的建设对周边海域潮位、纳潮量和流场3个方面的影响。【方法】采用二维潮流数学模型对铁山港湾海域的潮流场进行数值模拟,分析工程前后水动力变化情况。【结果】铁山港港口总体规划实施后,石头埠站、沙田站和安铺站最高潮位均有所增加,增加幅度分别为0.03m,0.11m,0.10m;石头埠断面潮流涨急流速略有减小,平均减小幅度为0.06m/s,落急流速略有增加,平均增加幅度为0.06m/s;沙田断面涨落潮流速均略有增大,增加幅度为0.11~0.17m/s;安铺断面主槽区流速基本上无变化;工程后石头埠、沙田和安铺3个断面的纳潮量均有不同程度的增加,分别为1.8%,3.1%和4.3%,沙田断面单宽纳潮量变化不大。【结论】港口总体规划工程实施后,铁山湾内涨潮时流速较小、落潮时流速较大的分布规律没有改变,对铁山港水动力环境影响较小。     

某电站进水口体型优化水力学试验研究

文章采用1∶30水工模型试验,研究了某电站进水口前流态、漩涡特性、进口段水头损失、沿程时均压力特性及过栅流速等。试验结果表明:在电站正常运行库水位范围内,进水口前未出现影响机组正常运行的有害漩涡,进水口及拦污栅结构体等设计合理;拦污栅结构体至进口渐变段末端的水力损失系数为0.122,在机组引水流量为900m3/s条件下,进口断面的局部水头损失为0.246m;进水口有压管段顶面和侧面的时均压力梯度均较小,检修门井及快速闸门井内的水面波动最大值为0.09m,说明有压进口段的体型较好;拦污栅断面的流速及分布特性随机组运行时库水位的变化而变化,最大过栅流速约为2.1m/s。     

赣江航道整治工程泥沙数学模型

首先根据航道工程数学模型的特点构造二维紊流泥沙数学模型，并对模型中关键问题的处理方法进行讨论，然后利用实测资料对赣江下游丰城至小港口河段的水面线、断面流速分布、冲淤分布进行验证，最后对整治工种方案整治效果进行模拟计算和工程方案比选。结果表明：水位计算值与实测值误差一般小于0.05m，最大为0.09m；断面流速计算值与实测值误差最小为0，个别点最大为0.2m/s，绝大部分在0.1m/s以内；河段计算的冲淤量为39.1万m^3，与实测值39.6万m^3较为接近；在整治水位时，水位壅高值最大为0.30m，流速增加值最大为0.26m/s；在大洪水条件下，水位壅高值最大为0.06m，流速增加值最大为0.10m/s。     

浅谈基坑超标洪水下充水平压施工

JC水电站位于大江干流中游,2018年因江水出现超过20年一遇的洪水,JC水电站上游围堰处水位高程为EL.3228.38m,流量达9100m~3/s,已超出围堰设计流量为20年一遇8920m~3/s,且根据水情预报情况,近期江水及JC水电站流量将继续呈上升趋势。为避免后续水位不断上涨、流量不断增加可能带来的电站二期基坑上、下游围堰及泄流过流导流明渠出现渗漏或破坏等不利事件,需在特定条件下实施二期基坑充水平压施工。     

基于FLUENT的明渠平板闸门淹没出流流场研究

为了研究明渠淹没出流下平板闸门测量流量,采用进口断面上自编UDF程序的水位边界条件方法,结合标准的k-湍流模型和VOF方法,利用Fluent软件建立了水流流体域和明渠平板闸门的三维模型,对不同开度下明渠平板闸门淹没出流进行数值模拟,获得了过闸流量和水面线、流速分布,闸门处动水压力以及闸后梯形断面的流速分布等规律,结合现场试验验证,结果表明：平板闸门测量流量能够达到灌区矩形量水堰的测量流量精度;采用数值模拟所得流量与平板闸门测量流量的相对误差在3%以内,说明数值模拟能够用于明渠淹没出流下平板闸门的流场研究,为明渠平板闸门测量流量提供理论依据。     

关中地区U型地热井水平井段高效换热规律数值模拟

为研究U型地热井水平井段在采暖期间换热能力随注水流量的变化规律,并在非采暖期间不同流速且地层恢复至初始温度的前提下确定最优流速及最大取热量,以西安市深度为2 050 m的垂直埋深U型地热井水平井段取暖系统为研究对象,利用ANSYS FLUENT软件进行数值计算。根据恒定入口水温和流速的现场实际情况,建立了数值模拟的物理模型和数学模型,设置合理的边界条件,得到了U型地热井水平井段换热能力随流速的变化规律。研究表明在同一采暖期间,注水流量越大,出口水温越低,取热量越大。在流速为0. 3 m/s即流量为33. 85 t/h时地层在非取暖期间可以恢复至初始温度且水平井段最大取热量为1. 81×1013J.     

明渠减速流下床面摩阻流速研究

针对明渠非均匀流,采用立面二维数值试验的方法,并将雷诺应力垂线分布计算结果延伸至床面,以此计算减速流情况下床面摩阻流速,得到了不同壅水下床面摩阻流速的计算结果.研究表明:在壅水情况下,当流量和底坡相同时,壅水段摩阻流速随水深的增加而逐渐减小;在相同水深和底坡下,摩阻流速随流量的增加而增大;在相同流量和水深下,摩阻流速随底坡的增大而增大.为满足工程中计算的需要,根据数值试验结果拟合得到了明渠水流壅水情况下床面摩阻流速的实用计算式.     

排水管道流量比,流速比的解析表达

在圆形断面的排水管道设计中，有时需要计算不满流条件下一定充满度时的流量及流速，针对有不同满注的流量，流速与对应的满流的流量，流速的比值，现推荐的解析表达式，便于从充满度直接计算流量比，流速比。     

煤岩体突水通道骨料灌注运移堆积机制试验

为揭示突水通道中骨料运移堆积的演化规律,开展了动水条件下骨料灌注试验,得到了骨料的初始沉积位置、堆积体形成方向以及堆积体极限堆积高度与水流速、骨料灌注速度等影响因素的内在关联。结果表明：在1.0 m/s高流速动水环境中,骨料堆积体形成方向为先逆水流方向生长至投料孔底后转为顺水流方向生长;在0.3 m/s低流速条件下,采用口径36 mm漏斗投料同口径18 mm相比,骨料灌注总量相同时,其堆积体的极限高度提升了41%。基于数值力学模型——计算流体动力学-离散元方法(computational fluid dynamics and distinct element method, CFD-DEM),研究了骨料灌注期间突水通道内流场的时空分布特征以及骨料堆积体的过水阻力作用对突水通道内静水压力的影响机制。     

端面下斜导流板对高速列车转向架防积雪性能的影响

针对风雪气候条件下高速列车转向架区域的防积雪结冰问题,设计端部下斜橡胶板导流方案。基于RNG k-ε湍流模型对15 m/s横风环境、200 km/h运行车速条件下,不同导流板下斜距离方案的转向架区域进风量、流线流速及对整车的气动力影响进行计算和分析。研究结果表明:转向架底面为主要进风来源,导流板下斜距离越大,转向架区域的总进风量越小,下斜距离由40 mm增至60 mm,总风量减小幅度最高达50%;优化前后流速流线对比显示,下斜导流方案改变了运行前方底板下方来流流场,上扬气流受导流板抑制往下流动,气流绕过转向架区域腔口抵达转向架底部后方,有效减少了车底进入转向架区域气流;增加导流板后,随着导流板下斜距离增加,整车阻力为增加趋势,相比原型车最大增加2.4%。而横向力、升力和倾覆力矩变化均在1.8%以下,影响较小。     

基于FDS格式的长江镇扬段水沙数值仿真

基于镇扬江段河势变化剧烈、感潮特性明显、水沙运动复杂的特征,建立了二维非稳态水流、水质及泥沙耦合数学模型,在有限体积法框架下应用通量差分裂(FDS)格式计算模型中各跨单元边界的数值通量,基于实测数据对模型进行了率定验证.运用所建模型对洪季、枯季镇扬江段水沙过程进行数值仿真,结果表明:(1)镇扬江段汛期流速约为0.72-1.98m/s,枯水期流速约为0.33-1.24m/s,汛期平均流速约比枯水期增加了40.6%;(2)汛期水动力条件较好,沿河排污口最大污染带长度约1550m,枯水期总污染带长度约2800m,比汛期增加了46.2%;(3)汛期镇扬江段平均含沙量为0.12-0.20kg/m3,枯水期平均含沙量为0.07-0.11kg/m3,汛期含沙量较枯水期增加了40%;汛期,泥沙浓度从上游至下游沿河长方向基本呈现递减趋势;枯水期,由于径流、潮流双重作用明显,泥沙浓度沿程变化较小.     

三峡电站汛期调峰对两坝间通航条件影响试验

三峡电站汛期调峰对两坝间通航条件影响试验研究成果表明:三峡电站汛期调峰具有流量大,流量变幅大,水位波动强等特点,电站调峰过程中两坝间河段沿程流速、比降较枯水期调峰显著增大,对航运的影响更为明显.在三峡电站日均下泄流量10 000～15 000 m3/s时,两坝间河段的航行条件尚能满足万吨级船队的航行要求,但日均流量为20 000 m3/s时,两坝间重点滩段的流速、比降,已接近或超过万吨级船队的允许值,船队上行十分困难.     

新洋港入海港道冲淤保港需水量研究

为解决入海港道修建挡潮闸后对涵闸排涝效率以及入海港道通航能力产生较大影响的闸下淤积问题,基于MIKE11模型中的CST模块对盐城市入海港道——新洋港冲淤保港需水量进行研究。MIKE11模型中的CST模块由水动力学模型与泥沙输移模型耦合而成,根据闸下60 m、970 m、3 030 m三处断面的实测水位、流量和河床淤积高度资料,进行水动力学模型和泥沙输移模型参数率定,最终在设定闸下淤积高度不超过0.1 m的条件下,由MIKE11 CST模型确定出的新洋港冲淤保港生态流量为80 m~3/s,接近于2006年12月新洋港引江冲淤实验中得出的不冲不淤情况下的保港流量85 m~3/s。     

新安煤矿16煤导水裂隙带高度研究

结合新安煤矿开采技术和水文地质条件,以岩石力学实验资料为基础,分别采用"三下开采规程"法、类比法、经验公式法和数值模拟法对新安煤矿16煤开采导水裂隙带高度进行综合对比研究。计算结果表明:数值模拟法可对裂隙带发育高度直观显示,并和最终确定的导水裂隙带高度一致;综合确定新安煤矿16煤的最大导水裂隙带高度为30m,防水煤柱高度35.5m,为确定16煤合理开采上限提供理论依据。