浑水水力分离清水装置柱体高度对流场影响的数值模拟研究

基于Fluent软件对浑水水力分离清水装置的流速场进行数值模拟,分析了柱体高度对装置速度场的影响。结果表明:随着柱体区高度的增加,切向速度衰减,无法产生1 cm.s–1数量级的切向速度,并使得正向轴向流速增加,不利于泥沙沉降。当柱体区高度较小时,中心轴线两侧均存在明显的循环涡流,产生的回流将会降低泥沙颗粒向装置顶部清水溢出口流动的可能性,其径向速度数量级非常小,无明显特点。为了在装置内形成良好的弱旋流场,装置高度不宜过高,建议径高比在0.7～0.8之间。     

过堰水流数值模拟研究

文章运用FLUENT软件,以某城市景观河道的水流为研究对象,对小型实用堰的过堰水流进行了数值模拟研究。对过堰水流进行了数值模拟,采用FLUENT计算软件中的RNG k-ε模型(即重整化群k-ε模型)建立了三维水-气两相流模型,由于过堰水流水气交界面的波动较大,故选择VOF方法对水流的水气交界面进行跟踪模拟。控制方程的离散方法则采用有限体积法,并采用迎风差分格式进行空间离散。     

进水口漩涡的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型对有进水口漩涡进行模拟,得出了漩涡不同阶段的演变过程。分析了漩涡形成的机理,并从模拟结果中分析漩涡的运动特性。     

基于VOF法的波浪数值模拟水槽(池)建立探索

基于CFD技术建立的数值波浪水槽试验,使用了波浪理论构建的数值水槽模型,在一定程度上能够代替物理实验的波浪水槽.数值波浪水槽构建难点在于实际波浪由于受到建筑物、地形等影响,往往会发生破碎、涡旋等现象,造波消波方法的选择也会对数值水槽建立和计算的准确性产生不同程度的影响.本文采用FLOW-3D软件,利用VOF方法,建立波...     

乱木水库溢洪道水流数值模拟

乱木水库溢洪道采用戽式消力池,池内水流流态复杂,消能效果难以确定.采用基于VOF方法的k-ε双方程紊流数学模型对下游消力池的水力特性进行数值模拟,并优化了体形.     

迷宫堰过流能力数值模拟

以鞍子河水库溢洪道为研究对象,采用FLUENT软件、利用 k～ε湍流模型和VOF法处理自由水面,对迷宫堰过流能力进行数值模拟。数值模拟结果与试验结果对比表明,采用的模型能够较精确的模拟迷宫堰的过流能力。计算发现,迷宫堰在堰上水头较高的情况下,对计算模型的边界条件进行优化后,可以减小计算误差,为迷宫堰的工程设计提供参考依据。     

迷宫堰过流能力数值模拟

以鞍子河水库溢洪道为研究对象,采用FLUENT软件、利用k~ε湍流模型和VOF法处理自由水面,对迷宫堰过流能力进行数值模拟。数值模拟结果与试验结果对比表明,采用的模型能够较精确的模拟迷宫堰的过流能力。计算发现,迷宫堰在堰上水头较高的情况下,对计算模型的边界条件进行优化后,可以减小计算误差,为迷宫堰的工程设计提供参考依据。更多还原     

两相流相界面迁移的数值模拟

该文采用VOF法追踪了重力流液液和气液相界面的迁移,发现VOF法可很好地追踪强非线性、大形变的相界面随时间的变化。重点讨论了不同相密度比、黏性比条件下,液液相界面和气液相界面的运动形式,验证了液液相界面主要受Kelvin-Helmholtz不稳定性控制。结果显示：液相密度比越大,液液相界面随时间变化越快,气液交界面不再保持水平位置,而以摆动的形式存在;在黏性比小于5时,黏性比不太影响液液相界面随时间变化。     

泰州大桥中塔沉井振动数值模拟

利用计算流体动力学(CFD)方法对泰州大桥中塔沉井进行数值分析,研究了不同流速条件下水流力引起的振动周期及振幅.研究表明,由于流体在沉井后侧发生交替的涡泄,引发了纵向的定常力和振荡力,以及垂直来流方向上的激振力,这两者的倍频关系决定了摆振的形态.在3.5×107≤Re8.1×107时,升力周期出现较大变化,在此范围内施工,需加强锚缆力,防止沉井摆振.     

基于RANS方程的海堤越浪数值模拟

基于FLUENT商业化软件,以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,采用k-epsilon湍流模型,运用一种“解析松弛”方法实现了适用于VOF方法的数值源造波技术。在该数值波浪水槽中对规则波在不可渗透简单斜坡堤上越浪过程进行了数值模拟,将越浪量计算值同物理实验结果及基于非线性浅水方程的数值结果进行了比对。结果表明：该数值模型能够较好地复演海堤越浪过程,同基于非线性浅水方程的数值结果相比,能更有效地模拟含有强烈卷吸、射流和破碎的海堤越浪问题。     

Numerical simulation of the internal wave propagation in continuously densitystratified ocean

A numerical model is proposed to simulate the internal wave propagation in a continuously density-stratified ocean, and in the model, the momentum equations are derived from the Euler equations on the basis of the Boussinesq approximation. The governing equations, including the continuity equation and the momentum equations, are discretized with the finite volume method. The advection terms are treated with the total variation diminishing （TVD） scheme, and the SIMPLE algorithm is employed to solve the discretized governing equations. After the modeling test, the suitable TVD scheme is selected. The SIMPLE algorithm is modified to simplify the calculation process, and it is easily made to adapt to the TVD scheme. The Sommerfeld＇s radiation condition combined with a sponge layer is adopted at the outflow boundary. In the water flume with a constant water depth, the numerical results are compared to the analytical solutions with a good agreement. The numerical simulations are carried out for a wave flume with a submerged dike, and the model results are analyzed in detail. The results show that the present numerical model can effectively simulate the propagation of the internal wave.     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。     

计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟

针对计算域中存在直立岛式结构物的复连通区域,提出了岛体边界条件,利用缓坡方程建立了在计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟模型。模型适用于变水深水域问题,克服了解析解只能适用于等水深水域的不足。直立圆柱和无穷小厚度岛式防波堤周围波浪传播的数值算例表明,数值解与解析解吻合良好,说明所建立的数值模拟模型能有效地模拟复连通区域内的波浪传播。矩形固定式防波堤周围波浪场的数值模拟说明该模型对工程实际有较强的适应性。     

耦合算法在幕墙式消浪结构性能研究中的应用

作者针对近岸波浪与结构物相互作用问题提出了一种耦合数值方法，即用时均化的二维雷诺平均的Navier stokes方程-流体体积法模型表达内域流动，用一维Boussinesq方程表达外域流动，通过速度、压力和波面匹配边界条件实现两种数值模型的同步求解。耦合模型中的二维子模型能够较好地表达结构物附近流动的细部特征，包括漩涡结构；一维子模型的计算效率很高，可通过延长其计算域以达到有效地避免二次反射波的影响。所建立的耦合数值模型被证实可应用于幕墙式消浪结构防波性能的研究。     

Numerical models and theoretical analysis of supercritical bend flow

The flow pattern of supercritical flow in bend channels is complicated due to the shock wave phenomenon, which creates difficulties with regard to research and design of bend channels. Using the spillway of an actual project as an example, a three-dimensional numerical investigation was conducted to simulate the flow in a steep-slope bend based on the renormalization group(RNG) k-ε turbulence flow model and the volume of fluid(VOF) method. The validity of the numerical simulation was demonstrated by comparison between the results of numerical simulation and physical model tests. An optimal scheme of setting vertical vanes in the bend channel is presented. The results of numerical simulation and physical model tests are in agreement, which demonstrates the effectiveness of optimization of vertical vanes and the validity of the three-dimensional numerical simulation. Water depths along both bend walls were analyzed numerically and theoretically. The formula for calculating supercritical water depth along either bend wall was derived, and the critical condition of flow separation from the inner wall was determined.     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

单桩柱和波浪双向流固耦合的数值模拟

以单桩基支撑结构为对象,建立模拟波浪和单桩柱结构的三维模型,采用k-ε湍流模型和VOF运动界面追踪方法,实现了桩柱和波浪之间的双向流固耦合模拟,得到了波面三维显示图、流固交界面压力分布图和桩柱结构的受力图。还对桩柱上的最大等效应力做了研究,其变化范围是15 704~16 320 Pa,根据Von Mises屈服准则可知,桩柱在这种波浪条件下是稳定的。     

Three-dimensional numerical simulation of wave interaction with perforated quasi-ellipse caisson

The finite difference method and the volume of fluid (VOF) method were used to develop a three-dimensional numerical model to study wave interaction with a perforated caisson.The partial cell method was adopted to solve this type of problem for the first time. The validity of the present model, with and without the presence of caisson structures, was examined by comparing the model results with experimental data. Then, the numerical model was used to investigate the effects of various wave and structure parameters on the wave force and wave runup of the perforated quasi-ellipse caisson. Compared with the solid quasi-ellipse caisson, the wave force on the perforated quasi-ellipse caisson is significantly reduced with increasing porosity of the perforated quasi-ellipse caisson. Furthermore, the perforated quasi-ellipse caisson can also reduce the wave runup, and it tends to decrease with the increase of the porosity of the perforated quasi-ellipse caisson and the relative wave height.