封冻河道中单排与双排桥墩周围流场的数值模拟

基于计算流体力学软件Fluent,运用多相流理论,建立封冻条件下单排桥墩和双排桥墩对桥墩周围流场影响的三维标准湍流数值模型,研究在封冻条件下不同桥墩直径与不同进口水流流速对桥墩附近水流湍动能的影响。结果表明:水流速度对桥墩周围流场的影响较大,水流速度越大,水流的势能转换为动能越多,桥墩周围的湍动能越大;桥墩直径越大,对河道过流断面的挤压就越大,但是桥墩周围湍动能却越小。相对于双排圆形桥墩条件,单排圆形桥墩条件下桥墩附近的流场紊动更剧烈,因而双排桥墩能有效地保护桥墩。     

大扩散角泵站前池整流措施的数值模拟

为改善正向泵站前池扩散角过大造成的不良流态,采用数值模拟方法分析泵站前池内加设导流墩与底坎后的整流效果.结果表明,合理设计的Y型导流墩和底坎联合整流措施不仅具有平面分流效果,而且可以阻碍立面漩涡发展、调整泵站行近断面流速.本研究成果应用于实际工程中改善了大扩散角泵站前池的进水流态,提高了泵站运行稳定性.     

考虑水流紊动的丁坝下游回流区水流挟沙力研究

研究复杂流态下丁坝回流区水流挟沙力的变化规律,对于优化丁坝设置具有重要的意义.基于丁坝水流紊动实验所得主流区、回流正流区和回流负流区的水流紊动强度,利用水流切应力和流速的关系,建立了考虑水流紊动强度的丁坝回流区水流挟沙力公式.利用此公式解释丁坝后的淤积现象、三峡永久船闸上引航道口门区淤积以及桥墩后部漩涡冲刷现象,并给出不同紊动强度下主流区、正流区和负流区不淤流速.公式可用于回流河段泥沙数值模型中.     

淮河入海水道淮安地涵枢纽河道水流数值计算

利用平面二维水流数学模型,对淮河入海水道淮安地涵构纽下游河道连接段水流进行了计算研究,计算结果表明,设计方案存在下可道流态复杂及高流速区范围较大等问题,为此比较了三个修改方案,在综合比较水流流态及工程投资的基础上,确定了地涵下游河道连接段推荐方案。推荐方案对于改善下游河道出口至清安河之间的高流速区仍无法有效地改善,需对该区域采取保护措施。     

铜城闸进水流态及改善措施

为改善位于三岔河口的铜城闸进水流态,在水工模型试验中采用明渠面层数字粒子图像测速(DPIV)系统以及化学粒子示踪法,分析不同方案中的进水流态和特征断面流速分布.结果表明,斜降鱼嘴边坡或其与抛石底坎结合的改进措施,可以有效改善铜城闸进水流态,并减小分流对河岸的冲刷效应.     

分流闸三维水流数值模拟

本文通过数值模拟方法对某工程分流闸进行三维水流模拟,计算采用标准k-ε双方程紊流模型,有限体积法离散方程,对自由表面采用VOF方法进行处理。计算结果表明分流闸前扩散段水流流态稳定,分流墩前横向流速对闸孔主流未产生较大影响,临时封堵电站进口闸闸门前水面壅高。     

丁坝回流区水流紊动强度试验

丁坝是一种河道整治及护岸工程的设施。为研究丁坝回流区水流的脉动特性和冲刷机理,对玻璃水槽内丁坝回流区水流进行了测量。用三维激光颗粒动态分析仪(3D-PDA)测量三维脉动流速。分析了丁坝后3个流区(主流区、回流正流速区和回流负流速区)的紊动强度。结果表明:丁坝后回流区纵向紊动强度明显增强,且回流正流区大于回流负流区。主流区、回流正流速区和回流负流速区的3个流区纵向紊动强度均以对数形式沿程减弱,至回流结束一段距离后恢复到无丁坝状态。     

掺气分流墩台阶式溢洪道的水流流态和流速特性

通过模型试验，研究了掺气分流墩台阶式溢洪道的流流态和流速特性。结果表明：此种消能工能改善台阶式溢洪道的水流流态，大幅度地减小水流流速。在试验范围内，掺气分流墩台阶式溢洪道的流速较相应光滑溢洪道减小了18．4％－68．3％，较相应的台阶式溢洪道降低了6．8％－54．0％。     

复杂嵌套网格模型及其在三河闸大修工况泄流流态模拟中的应用

针对三河闸启闭系统更新及土建附属工程实施时63扇闸门半侧开启泄流、半侧关闭更换启闭机的方案,构建三河闸枢纽泄流数学模型,采用结构网格疏密嵌套及2D-3D同步嵌套方法对计算区域进行离散。计算结果表明:(a)大修方案将使枢纽上下游产生大范围的回流区,局部单宽流量增大;(b)枢纽上游快活岭对过闸水流流态有重要影响;(c)与闸门全开工况相比,半开工况入闸水流存在明显偏流,北侧泄流时平均入流偏角最大,达到27.35°。根据数值模拟结果提出改善入闸水流流态的建议,为三河闸大修时水闸的调度、运行和管理提供参考。     

有限流动水域浮体结构对水流结构的影响

基于物理模型试验,研究浮体结构在有限流动水域运行过程中对下游水流流动结构产生的影响。在不同浮体结构位置及来流条件下,对下游水流结构特征断面的流速分布、流速不均匀系数以及回流区长度进行了测量分析。结果表明:浮体结构位置对流速分布及流速不均匀系数存在明显影响;来流条件的改变同样对两者有较大的影响,其影响随着来流流量的增大而增大;回流区的长度受浮体结构位置以及来流流量影响都较大。在实际工程中,应重点关注浮体结构位置及来流流量变化引起的水流流动结构改变。     

泵站枢纽三维湍流数值模拟研究

采用雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)和标准κ-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对无锡市仙蠡桥泵站枢纽6种运行组合工况进行了三维数值模拟,预测了回流区及旋涡发生的位置和形态,计算得出了泵站枢纽流速分布规律以及泵站出水河道与京杭大运河交汇处的最大横向流速,计算结果与水工模型试验结果吻合.该研究不仅为仙蠡桥泵站枢纽优化设计、合理布局提供了理论指导,而且研究方法可应用于其他泵站枢纽水流流态数值模拟.     

顺直微弯型分汊河道水流的紊动特性试验研究

对顺直微弯型分汊河道的水流紊动特性进行了试验研究,构建了分汊河道的物理模型试验系统,探究了在不同汊道宽度比和上游来流量条件下,水流在分汊河道沿程不同断面的紊动能分布特征.试验结果表明:在平面上,水流紊动最为剧烈的区域发生在支汊进口段凹岸的回流区与凸岸的高流速区之间的过渡地带,表、中、底3层的高紊动区的强度和范围以中层为...     

正挑丁坝附近可溶性危险化学品扩散示踪试验

利用水槽试验台在不同泄漏位置及不同长度丁坝情况下完成可溶性危险化学品泄漏扩散示踪试验,获得泄漏源位置和丁坝长度改变时正挑丁坝周围水流流态及可溶性危险化学品浓度分布特性.通过分析水槽试验数据得到不同条件下丁坝附近水流流态及示踪剂浓度的变化规律:不同试验条件下丁坝下游受到影响的水域范围不同,但丁坝产生的回流区的形态基本相似,而丁坝上游受丁坝影响的水域仅在丁坝附近的一段区域内,故泄漏源的横向位置的改变对回流区内可溶性危险化学品的浓度影响比较大;此外,丁坝长度对回流区范围的大小影响很大,丁坝越长所产生的回流区的范围越大.     

仿生态鱼道出口衔接段管桩优化数值模拟

针对大藤峡水利枢纽建造生态景观湖+仿生态鱼道结合的新型鱼道中出口衔接段流速过大而不能满足鱼类正常生殖洄游问题,在出口衔接段设置多种不同直径圆形、方形梅花桩型式的管桩结构,并采用MIKE 3进行数值模拟。分析了4种管桩布置方案表、中、底层流速分布和每组管桩群后横断面的水力特性,结果表明,布设管桩结构后衔接段水流流态平稳,布置直径为0.25 m的圆形管桩和边长为0.25 m的方形管桩的两种方案下水流流速满足目标鱼类上溯条件;方形管桩的流速更低,更适宜鱼类上溯。出口衔接段设置管桩结构可以有效地改善水流流态和降低流速,在管桩后低流速区休憩的上溯鱼群可为上游生态景观湖添色。     

大源渡下游口门区通航水流条件改善措施试验

大源渡航电枢纽扩建二线船闸后将造成下游引航道口门区水流条件复杂,影响船舶(队)安全通航。为解决这一工程问题,在充分搜集地质和水文资料的基础上,采用整体水工模型试验,利用疏挖下游河道一定区域并结合布置通航建筑物的措施进行改善,从而使口门区表面流速符合规范要求。根据相关资料和试验数据,着重分析了疏挖前后地形的改变,以及布置导堤和导流墩后对下游口门区水流流态的影响,并阐述了这些工程措施削弱口门区回流和斜流的机理。研究结果表明,河道疏挖与通航建筑物的结合应用可有效改善大源渡下游口门区水流条件,并为类似工程设计提供参考。     

圆柱桥墩绕流特性理论研究

对圆柱桥墩绕流特性理行了理论研究。为了防止桥墩发生过大冲刷应在理想液体绕流动量守恒影响范围 S1=1 .6a,即距桥墩 0 .6a范围内防护 ,考虑由于实际圆柱桥墩后一对复合涡体可能的影响 ,最大流流速按 2 V并乘适当安全系数进行设计。至少必须在理想液体绕流比动能守恒影响范围 S2 =1 .1 9,即距桥墩 0 .1 9a范围内防护。为防止可能发生的桥墩绕流对行船的影响 ,避免水流的影响防止轮船对桥墩的冲撞 ,其防撞栏设置应在 r=1 0 a处。     

全蜗壳的非圆形断面水力设计及其CFD分析验证

针对水轮机全蜗壳常规水力设计方法中存在的不足,对蜗壳中水流遵循速度矩为常数规律运动的非圆形断面水力设计进行分析,利用数值计算方法,使蜗壳尾部圆断面内的水流遵循速度矩为常数的运动规律,而无需转换成椭圆断面,从而完善蜗壳非圆形断面的水力设计方法.经实例设计与CFD流场模拟分析验证表明,采用文中所提出的非圆断面设计方法设计出的蜗壳,水流运动基本符合设计假定,其流场分布与理论分析相符合,设计出的蜗壳流道平顺光滑,流态分布良好.     

侧向进水前池水流特性的试验研究

侧向进水条件下的前池水流将形成螺旋流和回流.实验丧明,影响螺旋流强度的主要因素是侧孔孔高与水深的比值;影响前池内侧回流长度的主要因素是引渠宽与前池宽的比值和侧边进口宽与前池宽的比值.在各种改善水流措施中加设导流墩和潜墩效果显著,可以使前池因测向进水引起的不良流态得到改善.     

浅水层与深水区圆柱岛屿的近尾流流动

为对浅水层中圆柱型岛屿绕流的回流特征进行探讨 ,分别求解了 Reynolds平均方程 (相当于深水区圆柱绕流 )和深度平均的浅水方程 ,并采用基于 RNG(renonnalization group)方法的 k-ε湍流模型数值模拟几种工况下岛屿绕流的流动。计算中采用 SIMPL E算法求解方程。计算结果表明 ,深水区岛屿绕流的尾流区的流动结构主要受到 Re的影响 ,而决定浅水尾流流动模式的唯一参数是稳定性参数 S,并且发现 S=0 .45是尾流区涡街向形成稳定的回流区转变的临界值     

岔管流动的数值模拟

应用k-ε模型和控制体积法建立了三维紊流数学模型,根据工程需要对某抽水蓄能电站的引水岔管和尾水岔管的不同体型进行了流态、流速、压力分布的数值模拟研究,在原方案计算结果的基础上提出了修改方案并进行了对比计算,给出了不同工况的水流流态、流速分布和压力分布以及相应的水头损失系数.计算结果表明,修改方案流态有明显改善,水头损失系数明显减小.