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。     

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.     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.     

分流式调压室分流比计算方法

以佛子岭抽水蓄能电站的尾水调压室为例,通过二维水流数学模型计算和水工模型试验得到尾水系统河道典型断面以及调压室的水位流量关系;利用图解迭代方法,对分流式调压室的分流比进行了计算,得出了调压室分流比与佛子岭水库坝前水位的关系,并分析了总流量及坝前水位对分流比的影响;指出了发电和抽水工况调压室分流比的差异.该方法对于用单一方法难以完成的工程水力学问题,具有很好的应用价值.     

分汊河道平面二维水流数学模型的研制及应用

采用有限元方法建立起一种适合于分汉河道模拟的平面二维水流数学模型，并以南京八卦洲汉道段为例，进行了水面线、断面流速分布和分流比的验证计算，验证结果与实际符合较好，从而证明了模型的可靠性。     

有闸分汊河口的水动力模拟

将水工建筑物的过流公式离散成与Saint-Venant方程离散式相同的格式，用节点水位控制法建立了能应用于有闸分汊河口水动力研究的一维河网数学模型。计算表明，增长导流墙和减少闸下淤积能减小导流墙末合流处的横向水位差，从而减小合流处的横向流速，调顺水流方向，消减导流墙两侧水流的相互顶托。计算所得的分流量及分流比能为枢纽的合理布局，包括闸孔尺度及其数量，提供依据，模型还可根据水利枢纽实际要求，提供闸门调控设计。     

五强溪大坝表孔预应力闸墩应力复核

五强溪表孔闸墩采用预应力钢筋混凝土结构型式.因监测仪器失效,目前难以掌握预应力锚索的预应力损失情况.为论证当前预应力闸墩的安全性,选取22号坝段预应力混凝土闸墩作为典型对象,采用三维有限元计算方法进行应力复核计算.对预应力荷载的模拟采用敏感性分析的方法,设定3种工况进行计算.通过对计算结果进行分析,并结合监测资料,认为目前闸墩的位移、应力状态正常.     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

闸孔出流水气二相流三维数值模拟

采用k～ε双方程紊流模型和vOF方法追踪自由表面,对闸下出流进行了水气二相流三维数值模拟,计算结果和实验结果吻合良好,表明用此方法对闸下出流进行数值模拟是可行的.     

分汊河道分沙的三维数值模型

为分析汊道口门处水流结构对悬移质分沙的影响,采用带旋流修正的k-ε双方程紊流模型,对分汊河道分流口门处的三维水流结构进行精确计算,并在此基础上,采用可考虑相间滑移的混相流模型对不同形态分汊河道的悬移质分沙进行计算。计算结果显示了分汊口门处表底层水流的差异及横向环流的存在等现象,与前人的实验值吻合良好。计算结果表明,分汊口门处的环流强弱和悬移质垂线分布是影响汊道分沙比与分流比关系的主要因素。     

弯道对拱坝闸孔挑流的泄流影响试验研究

采用流场实时测量系统和直读式流速仪等测量手段对弯道处拱坝挑流泄流的水流特性进行了系统的试验研究,较为精确地测量了弯道和闸孔及其挑流水流的流场和时均压强水头等,通过对三种不同工况的试验数据进行分析,探讨了弯道水流对闸孔泄流影响的相关规律和特征,为深入分析建闸后弯道水流对闸孔泄流的影响研究提供借鉴。     

尾水河道冲击射流数值模拟研究

对具有工程意义的挑射水流冲击射流导致的尾水河道三维紊流流场进行了数值模拟,计算中考虑了固体边界条件和自由水面条件对水流结构的影响,计算结果表明所采用的数值方法是可行的。结果是合理的。     

外秦淮河武定门闸上游偏流淤积成因及流态改善措施

针对南京市外秦淮河武定门闸上游偏流易淤问题,建立物理模型试验,结合实测资料和理论分析,对闸上游河道淤积成因进行了深入分析,并提出增建导流墙对闸前河道流态改善的措施。研究结果表明:受闸上游弯道影响形成偏流,闸前河道两侧产生左大右小两个明显回流区,导致左侧河床较右侧淤积明显;水闸常年运行,大部分时间闸前河道水流动力较弱,易形成缓流淤积。通过闸前设置导流墙,可以改变闸前河道流态,使左右两侧回流区范围显著减小。     

河口闸下水动力与泥沙清淤问题的研究

为优化河口防潮闸下清淤工程方案,提出了以两相流方程描述底沙运动的理论模式,建立了泥质河口二维水流、泥沙数学模型,并优化独流减河口闸下清淤工程方案.对独流减河口闸下大、中、小潮潮位、流速、含沙量过程和海床演变进行了验证,计算分析了现状地形条件下闸下泄流能力,对宽浅型和窄深型两类清淤方案的不同清淤规模的泄流能力进行了计算模拟.讨论了不同清淤规模条件下泄流能力、清淤量、回淤量与回淤率的关系,给出了各工程方案的清淤效率指标.     

双时间尺度紊流模型在工程中的应用

采用Kim双时间尺度紊流模型对闸后水跃和泄洪洞进口的水流结构进行模型，并与试验进行了比较，计算结果与试验资料基本一致，计算结果表明，双时间尺度紊流模型较标准的K-ε紊流模型有较大的改进。     

二维流场模拟的矩阵标识法

采用二分步法，从积分型方程出发，在有限控制体上建立守恒型差分格式，对二维浅水波方程进行求解。求解线性代数方程组采用矩阵标识法，提高了计算效率，特别适合于流域大尺度水流的模拟。计算网格采用无序编码方法，灵活方便。算例表明，本文方法能够模拟宽广湖泊一类大尺度的二维水流。     

某泵站全流道CFD仿真及流道改造研究

为了使进出水流态稳定,减少出水流道水力损失,使用三维模拟软件Fluent,采用RNG k-ε模型对某城市排涝泵站全流道进行数值模拟仿真;针对泵站前池水流流态不稳,影响进水流道水流状态,出水流道流态不稳且水力损失较大等问题,对前池尺寸以及出水流道形式进行优化,并对优化方案进行仿真。优化前、后方案的仿真结果表明,前池的水流流态得到改善,出水流道水流流态得到改善,水力损失减小。     

开敞式海岸消浪堤掩护作用下排洪闸前波浪数值模拟

基于福建长乐市外文武围海工程排洪闸前修建消浪堤消浪保闸的有效实践,提出在未来风浪恶劣的开敞式海岸围海工程的排洪闸前修建消浪堤消浪保闸措施,以福建沙头围海工程排洪闸的消浪保闸建设为例,应用MIKE21中的BW波浪模块结合出水潜堤堤后波高估算的方法模拟物理模型中对应的各种工况,并与物理模型中所对应的各点波高测量值进行比较,说明数值计算方法的可行性,为开敞式海线围海工程中的排洪闸前消浪堤的设计提供一套可行方法,以此确定消浪堤建设方案。     

长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控

以南水北调中线总干渠典型明渠段为例,开展长距离明渠输水工程突发水污染事件应急调控研究.采取数值模拟手段分析了不同闭闸调控方式和闭闸时间条件下渠段水流运动和污染物输移扩散规律,探讨了污染云团峰值输移距离和纵向长度计算方法,推导得出了将污染云团控制在事故渠段内的应急闭闸时间计算公式.在此基础上,提出了长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控方案,并结合案例验证了方案的可行性.结果表明：针对突发水污染事件,应通过对比明渠输水工程各渠段的最大水流传播时间和将污染云团控制在事故渠段内的闭闸时间来确定闭闸调控时间,从而同步实现降低工程运行安全风险和控制污染物范围的目的.     

具有推力矢量控制系统的导弹流体动力

采用数值模拟方法研究了带有摆动喷管的导弹水下发射时燃气流场与水流场的相互干扰,及其对导弹所受水动力和气动力的影响,计算彩燃气泡物理模型,通过水流场的气流场的耦合计算模拟整个流场的形态,对水流场采用势流理论,通过三维Hess-Smith方法进行求解,对燃气流场,以Euler方程为基本方程,采用无波动、无自由参数的耗散分格式（NND差分格式）进行求解,在燃气泡壁面,水流场和燃气流场通过速度条件和压力条件相互耦合,给出了不同时刻水流场和气流场的物理量分布,喷管摆动角与导弹力矩的关系,并对燃气泡的演变过程作了分析。