低佛氏数对冲式消力池紊流水流的数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型和体积函数法(volume of fluid．VOF)追踪自由水面的方法，数值模拟了低佛汝德数对冲式消力池中的水流结构，并与试验进行了比较，结果显示其水流特性、断面流速、压力分布及自由水面位置与物理模型试验吻合良好，此成果有助于了解对冲式消力池的水流结构．为工程设计提供依据。     

低水头条件下常用底流消力池的对比研究

低水头消能工常常存在水流佛氏数小、消能效率低等问题,为此常在底流消力池中添加辅助消能工以求达到良好的消能效果.国内外常用的低佛氏底流消力池有USBR-Ⅳ型、ISI型、SAF型和T型等4种型式.文章采用k-ε方程紊流模型并结合VOF追踪自由水面法,通过数值模拟对上述池型各自的消能效果、流态分布、工程造价等方面进行对比研究...     

低佛氏数水闸出流消能防冲初步研究

上海市崇明县自解放以来,为满足工农业生产的需要,开展了并港建闸工作,先后完成了沿江引排水闸20余座,这些水闸大都兼有通航要求.多年运行实践表明.崇明岛南沿各闸内侧(朝向内港的一侧)普遍发生了严重冲刷,冲刷坑既深且宽,成为一个“大肚皮”深潭,     

浅谈水利工程消能工型式

本文介绍水工程的几种消能方式及其应用,其中重点介绍目前水3-程普遍运用的底流式消能,从四个方面阐述了提高底流式消能工程消能效率的工程措施。     

悬栅消力池内水跃的数值模拟

悬栅消力池是一种能够降低池内最大水深的新型消能设施.为了探索悬栅消力池的作用机制,采用标准k-ε湍流模型对悬栅消力池和无悬栅的消力池内水跃进行了二维数值模拟,自由水面采用VOF方法确定,得到了消力池内水跃的流场结构、自由水面和底板压强分布.实测结果验证了数学模型和数值方法的合理性.通过两种消力池计算结果的对比,对悬栅消力池为何能够降低池内最大水深和提高消能效果提出了解释.     

低佛氏数水跃跃后最大波高的研究

对低佛氏数水跃消能水跃跃后最大波进行了理论分析和试验研究,研究表明,低佛氏数Fr=1.0-1.7情况下的水跃消能率低,跃后水面波动是造成下游河床和岸壁冲刷的主要原因,通过理论分析和试验研究得出了低佛氏数水跃后最大波高的经验公式。     

水工隧洞内消能工及悬栅消力池应用概述

通过对工程上常用的消能工、隧洞内消能工及悬栅消力池的应用研究,得出在隧洞进口处合理设置洞内消能工,可有效改善隧洞结构的受力状况及消能效果,同时降低工程造价,清楚的了解隧洞内的水流流态及流场是设计洞内消能工结构的依据与关键等重要结论。     

低坎分流墩消能工削波机理及其体型设计

为了低坎分流墩消能工的推广应用,以低佛氏数(Fr)水流的表面波浪作为研究对象,在揭示低坎分流墩消能工的削波机理基础上,提出了该消能工的体型设计方法,并将其应用在金鸡滩水利枢纽进行物理模拟验证。研究结果表明,利用经验公式设计出的低坎分流墩消能工,消除了低Fr水流水舌摆动的根源,改善了下游水流流态,下游水流表面波浪较小,削波效果显著。研究成果丰富了低坎分流墩消能工技术,为低坎分流墩消能工技术在实际工程中推广应用提供了理论依据。     

低水头非完全宽尾墩三维流场数值模拟

为解决常规物理模型试验受观测手段限制难以全方位研究深尾水消力池内水力学参数的问题,借助RNGk-ε紊流模型结合VOF方法对比研究深尾水作用下平尾墩及非完全宽尾墩试验方案下游消力池内流场变化,并揭示非完全宽尾墩消能机理.研究结果表明:受溢流堰纵向长度及下游消力池内深尾水限制,平尾墩底流式淹没水跃逼近溢流堰顶,消力池内消能紊动不足,出池水流形成强烈二次水跃;非完全宽尾墩则束窄部分溢流堰闸室过流断面促使形成纵向拉伸挑射水舌,利用各相邻闸室非对称出闸水流、增强消力池内入池水流横向流速梯度和水位落差,加剧消力池内入池水流横向扩散、交汇,在消力池上游区域形成由底层至表层的大幅度立轴旋滚,显著增强消力池内能量耗散,降低出池水流流速,取得较好的消能效果.     

离心叶轮内三维紊流流动数值模拟

采用ＲＮＧｋ－ε模型对Ｇｈｏｓｔ离心叶轮内三维紊流流动进行数值模拟,与实验结果对比表明,在叶轮进口截面处,流体高速区位于盖侧与压力面交附近,随流体流动高速区沿轮盖逐渐向吸力面侧移动;在第三截面上,即当流体由轴向向径向转过５８℃,计算结果准确预测到吸力面与轮盖交角区域内的尾迹流动;在第四、五截面上尾迹区逐渐扩大,且尾迹中心位置沿轮盖向压力面移动,这与实验结论相吻合。     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。     

跌坎消力池尾坎坡度对泄洪消能影响的三维数值模拟

采用的k-ε双方程紊流数学模型与VOF法追踪自由水面,对中低水头胸墙闸坝式跌坎型消力池在三个尾坎坡度下的泄洪消能进行了三维数值模拟研究.模拟计算了正常和设计水位情况下三种局开运行工况的消力池水力特性,获得了消力池底板压力、流场分布、沿程水面线、紊动能及紊动能耗散率等水力参数的变化规律.数模计算结果显示,尾坎坡度对消力池的泄洪消能效果较为敏感.尾坎坡度变陡会明显提高消能效果,对来流无推移质的消力池可适当加大尾坎坡度,有助于提高消能率及适当缩短消力池长度,但尾坎坡度越大,出池水流向上壅水的趋势越明显,如果尾坎下游河道水位偏低,则出池水流可能形成较明显的二次跌落,对尾坎后河床造成一定的冲刷,因此消力池的尾坎坡度需要结合下游河道水位情况综合考虑,做到在提高消力池的消能率的同时,尽量避免出池水流较大的二次跌落,确保出池水流与下游河道水流平顺衔接.论文研究成果可供类似工程参考.     

新型宽尾墩和阶梯式溢流坝面一体化消能工数值模拟

将宽尾墩、阶梯溢流坝和消力池联合起来形成一体化的水工消能设施,充分利用了宽尾墩和阶梯溢流坝的优点,单宽流量比纯阶梯溢流坝可增大数倍.采用k-ε双方程紊流模型对这种一体化消能工进行了三维数值模拟,描述了在索风营水电站应用的X型宽尾墩,给出了模拟得到的大曲率水气交界面、宽尾墩墩体压力、消力池压力及流速分布,并与模型实验结果进行了对比,吻合良好.研究结果表明,X型宽尾墩、阶梯式溢流坝面和消力池一体化设施的消能作用是良好的.     

液力缓速器变叶片数的三维数值模拟

将液力缓速器动静结合面定义为内部边界,解决了流体出入口在同一平面内的问题.利用Fluent软件对不同叶片数的液力缓速器的内流场进行数值模拟,计算采用雷诺时均方程和k-ε湍流模型,计算结果显示了液力缓速器不同叶片数下的速度分布、压力分布规律,并对流场内部流动进行了分析和研究.结果表明,随着叶片数的增加,进出口面速度的大小有先增大后减小趋势.轴面流道涡旋范围先增加后逐渐减小;而叶片吸力面的低压区逐渐扩大;叶片数为36时压力面的静压分布最均匀.     

低水头泄水建筑物消能防冲研究

某低水头泄水建筑物采用宽尾墩与消力池联合消能工,并在护坦上增设两排消力墩,利用三元流的水力特性增强了消能效果,且在常遇洪水工况下护坦齿坎淘深与河床中部冲深分别减小了58％和34％．研究结果表明,采用适当的辅助消能工能有效地解决低水头泄水建筑物的消能防冲问题．     

三维海洋紊流模型对杭州湾附近潮流场数值模拟

采用一种半隐式三维海洋紊模型对杭州湾及长江口附近潮流进行了数值模拟,该模型在垂上向采用σ坐标,可以较精细地处理表面和底层,较好地模拟地形的垂向变化和密度分层对潮流场的影响,潮汐流的潮位和潮流速的二维、三维模拟结果与实测结果符合良好。     

三维引射流动数值模拟及紊流模型选择

针对引射流动三维湍流流动的特点,应用κ-ε、S-A以及k-ω湍流模型分别对三维引射流动进行了数值模拟。比较引射流量的数值结果与实验结果表明,湍流模型的选取对数值结果具有较大影响,采用k-ω模型进行模拟可以较为准确地预测引射流量。     

大型泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

结合太湖治理工程中魏村枢纽的大型排灌泵站双向进水流道设计,采用雷诺平均纳维一斯托克斯方程(RANS)和标准κ～ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,模拟了双向进水流道在加设导水锥和未设导水锥时的三维流场,预测了旋涡的发生位置和形态．结果表明：未加导水锥时,喇叭口下有奇点,会产生附底旋涡,加设导水锥可以消除;加设导水锥后泵进口流速分布比未加导水锥时均匀;两方案的流道盲端死水区均存在对称旋涡．该研究有助于双向进水流道的水力优化设计。     

连铸结晶器中钢液三维紊流流动的数值模拟

针对连铸结晶器中钢液的紊流流动特点，建立了有限元求解这一限定空间射流的三维紊流时均场的方法，用水模拟试验结果验证了文中所用模型和计算方法的可靠性，且对实际工况条件下的板坯连铸结晶器中的三维紊流流动进行了模拟计算．其方法可用于分析各种结晶器液池中的流动特征，并为凝固壳厚度的模拟计算和板坯质量控制奠定了基础．此外，指出了前人计算中在边界条件上的不合理性     

基于流场验证的紊流施密特数对街道峡谷污染物扩散数值模拟的影响

以城市街道峡谷的水槽和风洞试验数据为依据,利用ANSYS Fluent软件,数值模拟了街道峡谷内的流场(包括时均流动和紊流强度)及污染物浓度。结果表明:标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型和标准k-ω紊流模型均能基本正确地模拟街道峡谷内的流场和浓度场;紊流施密特数Sct对浓度值有明显的影响,街道峡谷内的浓度值随Sct的增加而变大,当Sct取1.3时,浓度值和试验值吻合最好;由于标准k-ω模型对流场的模拟结果相对最好,其模拟的浓度场也与试验值吻合最佳。街道峡谷内的浓度分布由时均流输运和紊流扩散共同决定,因此,合理的Sct数不能仅仅依据浓度值与试验值的吻合度来选取,而应首先保证流动模拟的准确性。