气幕防波堤消波性能影响因素数值模拟研究

为研究气幕防波堤消波性能影响因素,将空气和水组成的两相流体处理为变密度单流体,通过UDF在连续方程中添加质量源项和动量方程中添加动量源项建立了气幕防波堤的数学模型,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了气幕防波堤数学模型建立的合理性。以此为基础,对影响气幕防波堤消波性能的因素如入射波高、管道淹没深度进行了数值模拟计算,并通过分析、比较得出相关结论。这些结论对气幕防波堤的实际工程设计、施工等具有一定参考价值和指导意义。     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型，建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响，主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下，随着斜板角度增大，透射系数逐渐增大，但增幅逐渐减小；②随着波陡增大，透射系数先减后增；③随着水平板间距增加，透射系数增大；④随着防波堤相对板宽的增大，透射系数逐渐减小；⑤随着防波堤出水高度增加，透射系数先减后增。结果表明，该新型结构防波堤的消波效果显著，可以很好地消减波浪，应用前景良好。     

孤立波翻越防波堤流动的湍流数值模拟

应用湍流数学模型和流体体积法模拟孤立波翻越防波堤的流动和自由表面变化。数模成功地再现了波浪涌顶和喷射、射流入水、自由表面破碎和漩涡产生等复杂流动过程,并获得了孤立波翻越防波堤时的压力分布。     

T型透空式防波堤消波性能的理论分析

基于线性波浪理论,对T型透空式防波堤的消波性能进行了理论分析。在考虑水平板和竖直板厚度的条件下,通过特征函数展开法,给出流域内速度势的一般表达式,由速度势和速度的连续条件确定表达式中的待定系数,从而得到T型透空式防波堤对波浪的反射系数和透射系数随波数的变化关系,并对影响T型透空式防波堤消波性能的因素如水平板的潜深和竖直板高度等进行了计算和分析。计算结果与现有相关理论结果吻合良好;水平板的潜深和竖直板的高度对淹没和出水T型透空式防波堤的消波性能有较大影响。     

海船闸气幕防咸数值模拟研究

为分析海船闸气幕防咸机制及其影响因素,采用OpenFOAM?的双流体数学模型和对流扩散数学模型,建立气幕防咸的三维数值模型,开展限制区域内气泡羽流、盐水入侵以及气幕防咸过程的数值模拟.数值模拟结果表明:新模型能够准确模拟海船闸气幕防咸过程;当供气量足够时,气幕能有效阻止盐从底部入侵;气幕防咸效果与气幕弗劳德数有关,且气...     

新型透空格栅板式防波堤消浪性能试验

为提高透空式防波堤的消浪效果,提出了一种新型透空格栅板式防波堤结构。通过水槽试验,分析了该防波堤的消波性能,探讨了上下层平板相对间距以及格栅板间隙比等参数对防波堤透射系数和反射系数的影响。结果表明,该结构防波堤消波性能良好,且防波堤出水状态下的消浪效果要好于淹没状态;随着相对板间距的增大,防波堤透射系数变小;上下层各格栅板间隙比为0.1时,防波堤的消波效果最佳。     

新型浮式防波堤消浪效果试验研究

通过一系列物理模型试验,研究一种新型(凹菱形)浮式防波堤的透浪系数,并与现有的浮箱式、废旧轮胎式、浮筏式等浮式防波堤进行对比。这种新型浮式防波堤的一个显著特点是在底部增加了阻尼,增加了波浪的能量消耗,从而减小了防波堤的透浪系数改善了其消浪效果。分析影响浮式防波堤透浪系数的主要因素为防波堤的相对宽度和相对水深。通过波浪水槽内的系列试验,研究两者对新型浮式防波堤透浪系数的影响,并给出临界透浪系数(C t=0.5)与两者的关系。在实际工程的设计和应用阶段,各种参量是相互影响的,讨论了波浪透射系数与各参数之间的关系。该浮式防波堤的消浪效果良好,为浮式防波堤的推广应用提供参考。     

新型反弧形面防波堤消浪效果的试验研究

通过在波浪水槽中进行物理模型试验,研究相对半径、波陡、水深以及开孔率对新型反弧形面防波堤消浪效果的影响,以评价这种新型防波堤的消能效果.研究结果表明:反弧形防波堤的反射系数随相对半径的增大而减少,随波陡的变化则较为复杂;而防波堤的透射系数则变化较小并且维持较低数值;在不开孔时,反弧形防波堤在低水位的消浪效果较好,开孔后,在高水位时的消浪效果要好.     

透空式开孔防波堤水动力特性的数值研究

利用开源软件OpenFOAM建立波浪数值水槽,在规则波作用下,研究了开孔透空式防波堤水动力特性的变化规律。利用物理模型实验对数值水槽的可靠性进行验证。结果表明开孔位置只在前挡板的情况下,防波堤的透射系数会先减小后增大,在开孔率为4%透射系数达到最小,前挡板所受到总的水平波压力和反射系数会一直减小。开孔方式和开孔形状对防波堤的水动力特性影响较小,开孔率对其影响较大。当保持开孔面积恒定的情况下,对只在前档板开孔和前后开孔面积各一半的情况进行了比较,并进一步分析了水动力特性随着前后挡板开孔形心垂直距离D的变化关系。结果发现,前后挡板都开孔要比只在前挡板开孔的情况好很多。随着D增大,透射系数会减小,总的水平波压力和反射系数会变大。当D大于0.05 m,透射系数、反射系数和总的水平波压力变化很小。     

新型透空组合板式防波堤结构型式及消浪特性分析

为提高透空式防波堤的消浪性能并减小结构受力,在前人研究基础上提出了一种新型透空组合板式防波堤,比较分析了该型式的防波堤(模型c)与另外两种型式的防波堤(模型a和模型b)的结构特点。通过物理模型试验,探讨了模型c在不同影响因素下的消浪特性,并对比分析了模型a与模型c的透射系数、反射系数和能量耗散系数在不同相对堤宽下的变化关系,比较了两种模型的消浪效果。分析得出,由于模型c兼具开孔水平板式防波堤和开孔挡板式防波堤的作用,模型c的波浪反射小于模型a,消浪效果优于模型a,且模型c这种结构能有效减小防波堤结构受力;当模型宽度和相对间隙比同时较大时消浪效果更好,防波堤出水后的消浪性能要优于淹没状态下的防波堤。     

大坝基岩帷幕宾汉姆浆液灌浆的三维数值模拟

由于灌浆工程的掩蔽性和地质条件的复杂性,如何准确地确定复杂地质条件下浆液的扩散规律是灌浆数值模拟分析的关键及难点。目前,在水利工程中灌浆数值模拟的相关研究未考虑宾汉姆浆液扩散过程中两相流特征和大坝基岩的复杂地质条件;且主要以单一裂隙或单个灌浆孔为研究对象,均未进一步涉及浆液锋面的模拟。针对上述问题,本文建立包含不同地层、不良地质体和帷幕孔的三维精细地质信息统一模型,在CFD商用软件STAR-CCM+中采用耦合VOF法的三维非稳态宾汉姆浆液气液两相流灌浆模型,实现了宾汉姆水泥浆液在大坝基岩中的多孔分序灌浆精细模拟,并分析了浆液的扩散规律和灌后帷幕搭接情况。运用该模型模拟某水电站的基岩帷幕灌浆过程,结果表明:在一定时间范围内,浆液扩散半径随灌注时间而增加,但其变化率呈递减趋势;各序孔灌注完成后,浆液锋面搭接良好;将灌浆量和灌浆时间的模拟值与现场实测值相比,平均误差分别为9.08%和6.32%,模拟值与现场实测值基本吻合,验证了该模型的可靠性。     

水电站进水前池三维数值模拟

建立水电站进水前池内流动的k-ε紊流数值模型,采用VOF方法,对高水头小流量引水式电站进水前池内流场进行了三维数值模拟。计算得出了冲击式水轮机在引用设计流量1．94m^3／S时前池内水流流态,底板压力分布,及压力钢管进口流速分布以及在针阀突然关闭时,前池内水面涌高时水面线形状。数值计算结果结合常规理论分析可以为工程设计提供参考。     

虹吸井溢流堰跌水掺气浓度数值模拟探索研究

滨海电厂排水虹吸井溢流堰跌水掺气是造成受纳海域泡沫污染的重要因素之一,掌握虹吸井段跌水掺气浓度对研究排水消泡措施具有重要意义。鉴于掺气试验物理模型相似性、复杂水流条件下掺气浓度测量精度、模型试验周期和成本等问题,虹吸井物理模型试验具有一定的局限性。随着计算流体力学软件发展成熟,数值模拟方法逐渐成为研究复杂流动的有效工具,且可进行多方案分析计算,对物理模型试验具有指导、补充作用。本文采用FLUENT软件结合VOF模型与标准k-ε模型对虹吸井溢流堰跌水掺气问题进行了数值模拟。通过与物理模型试验结果的对比分析,显示有较好的拟合性。在此基础上,计算分析了虹吸井溢流堰下游不同过流量、不同潮水位和不同跌水高度的掺气浓度变化。计算结果证明此方法可在一定程度上反映掺气浓度的变化规律,并可为不同工程方案掺气程度对比研究提供依据。     

基于VOF模型的团山子溢流坝数值模拟

本文介绍了VOF 模型,结合k-ε紊流模型,利用Fluent软件数值求解了带自由水面的二维水流流动问题。以团山子水利枢纽为例,计算了溢流坝内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明计算值与实测值吻合较好,说明VOF 模型能够精确地跟踪自由表面,可利用数值模拟对泄水建筑物设计方案比选,结合模型试验的方法,研究其水力特性。     

涌潮对钱塘江河道流场影响的三维数值模拟研究

利用实测的钱塘江地形数据建立了钱塘江三维河道的计算机几何模型,并根据已有的涨潮潮位等水文信息,采用VOF方法追踪模拟水和大气的自由交界表面,对钱塘江涌潮进行了三维非稳态数值模拟。数值模拟结果与不同时刻和不同测点所测得的水文数据的对比显示,模型能较好地模拟涨潮条件下河道内流场和潮位的变化。在此基础上进行了涌潮对河道内流场影响的规律的研究。     

静水中气泡帷幕产生水平流的数值模拟研究

本文以变密度单流体的连续性方程、雷诺平均方程和k-ε方程为控制方程,采用VOF方法追踪空气和水的界面,通过在连续性方程中添加附加质量源,建立了静水中气泡帷幕的数学模型。数值模拟得到的静水中气泡帷幕产生水平流的特性与Bulson的试验结果吻合较好。通过对数值计算结果的分析得到不同供气量Q时气泡帷幕产生的水平流速度Vm,水平流厚度d等主要特征,对气幕防波堤的消波性能研究具有指导意义。     

宽顶堰水流数值模拟分析

本文利用紊流模型模拟了带有曲线自由表面的宽顶堰流的紊流流场,采用VOF法来确定自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟是作为研究水利工程中带有自由表面的水流结构的一个强有力的工具,其结果对物理试验也是一个很好的补充.     

基于VOF模型的泄槽内掺气槽的三维 流场数值模拟

通过采用RNGk}e模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对设置掺气槽前后两种方案 的陡坡泄槽段三维流场进行数值模拟。模拟结果表明,VOF模型是模拟带自由表面水力学问题的较 好方法,能够较好地对掺气空腔的自由面进行追踪。数值模拟结果与模型实测值二者吻合良好,表明 该种方法可用于计算掺气槽内掺气空腔的长度。     

基于N-S方程的波浪与可渗防波堤相互作用的数值模拟

采用N-S方程作为波浪场和孔隙流域的控制方程,应用有限差分方法对控制方程进行离散求解,采用VOF方法跟踪自由表面,反复迭代求解得到整个流域的压力场和速度场,并分析堤后渗透波高随入射波高、入射波周期的变化规律。最后结合波浪水槽物理模型试验验证本文所建立的数学模型,验证结果表明,此文所建立的数学模型可较好的模拟波浪与可渗防波堤的相互作用。