黄池沟配水枢纽分水池侧槽退水道水力特性试验研究

结合黄池沟配水枢纽对分水池侧槽退水道的设计要求,通过水工模型试验对侧槽退水道的水力特性进行了研究,测量了退水道水流流速、压强、水深等水力学参数,对侧堰过流能力、水面线、陡坡段水流空化及消力池流态进行了分析评价。结果表明：设计流量下侧堰满足过流能力要求,边墙高度满足过流水深要求;秦岭隧洞不会出现明满流交替现象;陡坡段受空化水流破坏的可能性较小;消力池流态差,大流量时不满足水跃消能要求,建议通过进一步的模型试验来重新设计消力池。     

基于正交设计的掺气坎体型设计数值模拟研究

考虑挑坎坡度、挑坎高度等9项可能影响掺气坎空腔特性的参数,按照正交设计进行数值模拟试验.在试验基础上,采用极差和方差分析手段,以掺气空腔的外空腔长度、内空腔长度、通气孔进气情况和槽口出流速度为评价指标,对影响掺气坎空腔特性的9个参数进行分析.结果表明:影响掺气坎外空腔长度的诸多因素中,缓坡平台长度是主要因素,其他因素的影响相对较小;U型槽高度对掺气空腔内空腔长度起控制性作用,其他因素影响很小;对于通气孔进气情况和槽口出流速度,9个因素的影响都相对较小.与试验建议方案比较结果表明,通过正交设计分析所选出的最优方案,其水力特性指标均优于其他方案.说明正交设计分析方法是合理的,可行的.所得成果为工程实际中掺气坎体型的设计提供了依据,对于设计行之有效的掺气设施有实际意义.     

连续急流弯道水流泥沙的数值模拟

建立了具有连续急流弯道河流平面水流、泥沙数学模型 ,并采用有限差分法对方程进行离散求解。运用该模型对山西省阳泉市桃河治理河段的水流泥沙情况进行计算 ,得到的数值模拟结果与模型试验结果基本相符 ,表明该模型在工程上具有一定的实用价值     

基于CFD的弯道水流数值模拟

随着计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的快速发展,使得弯道水流的数值仿真研究成为趋势,但是由于弯道水流结构的复杂性,尤其是针对大模型及天然和天然河流进行数值模拟,往往需要极大的计算资源和很长的仿真时间.针对这一问题,提出RSM模型和刚盖假定法相结合的弯道水流的数值模拟方法,...     

U形弯道水流试验及其数值模拟

弯道水流运动是河流动力学研究的基本问题之一,长期以来,其复杂的三维水流结构一直是研究者关注的重点。弯道水流在重力及离心力的共同作用下,形成弯道螺旋流,与顺直河道相比,具有特有的运动特性,主要表现在产生水面横比降、横向环流、流速重分布等方面。用声速多普勒流速仪（ ADV ）,对室内 U 形弯道水流结构进行了详细的测量,分析表明弯道环流出现了较为明显的双涡二次流变化过程。此外,试验验证结果表明雷诺应力模型（ RSM ）能较好地模拟弯道环流双涡二次变化过程,为深入分析弯道水流特性及其对泥沙运动、河床演变等影响问题提供了科学方法。     

弯曲度对弯道水流结构影响的三维数值模拟研究

为了研究天然河道中不同弯曲度（弯道转角）河段的水流结构和演化规律,对同一曲率半径、同 一水深、同一渠宽以及同一边界条件下的弯曲度分别为30°、60°、90°、120°、150°、180°的6种明渠弯道（弯 道断面为矩形）进行弯道水流三维数值模拟。研究结果表明:在相同边界条件下,弯道弯曲度越大,弯道 中弯顶处的水面横比降也随之增大;在靠近凹岸侧,横纵向流速随弯曲度增大而减小;在靠近凸岸侧,横 纵向流速随弯曲度增大而增大;随着弯道弯曲度的增大,横向环流强度也不断增强,横向环流涡心位置 也逐渐向凸岸侧移动。     

引桥式高桩码头对弯道河道水流影响的数值模拟研究

为研究引桥式高桩码头对弯道河道水流的影响,建立了平面二维数学模型,基于弯道水流的运动机理,首先对数学模型进行了典型试验验证,然后模拟西江一多引桥式高桩码头对西江某弯道段水流的影响,指出了此类码头使弯道河道水流发生的独特变化,并指出数值计算中存在的不足及今后研究的努力方向。     

跌坎消力池体型优化数值模拟

以某高水头大单宽流量的水电站为例,对不同体型参数的跌坎型消力池进行了一系列的数值模拟计算。在原体型设计的基础上,顺次改变出口反坡坡度、池长、进口跌坎坡度及高度,通过数值计算得出了各影响因素的变化对消力池内水力特性的影响,以此来确定最优消力池体型。由数值计算结果可得:消力池出口反坡不宜垂直;缩短消力池池长,冲击区时均压强略微减小,临底流速开始变化不大,当消力池池长缩短到一定程度时,临底流速明显增大;减小跌坎坡度,冲击区正向临底流速减小,但反向临底流速增大;降低消力池前半段高程,可使进口临底流速降低,但反坡段临底流速会有明显增大,建议不进行挖深工作;提高底板高程,时均压强减小,临底流速变化不大,考虑到挖方量,建议不降低底板高程。此研究成果可为类似工程设计提供参考和依据。     

明渠弯道交汇口水动力特性数值模拟

为研究不同宽深比和径宽比对明渠弯道交汇口水动力特性的影响规律,利用体积函数法(VOF)追踪自由表面,采用RNG k-ε模型封闭控制方程,建立明渠弯道交汇水流三维数值模型对3种宽深比和3种径宽比的5种组合工况进行了模拟,分析了交汇口附近的水面形态、流速分布、断面环流和分离区形态等特征。结果表明：随着宽深比的增大或径宽比的减小,交汇口附近水面跌落程度减弱;与径宽比相比,宽深比对弯道交汇口以及下游区域内流速分布的不均匀性影响较大,宽深比增大,纵向流速变幅增大,流速分布更加不均匀,水流偏转效应增强;宽深比或径宽比减小导致弯道处环流强度增大;宽深比或径宽比增大,弯道处回流结构增强,分离区尺寸增大,水平方向上形态更加狭长。     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

围油栏形状优化的数值模拟

文中对传统围油栏进行形状优化,应用流体体积分数法(VOF),数值模拟优化后的围油栏对两种不同粘度油类拦油效果;通过分析、比较拦油失效速度、失效时间以及围油栏失效前的栏前受压,说明围油栏形状优化的可行性,以提高围油栏的拦油性能。     

基于不同数学模型对某弯道式渠首水沙运动的数值模拟对比研究

以新疆某弯道式渠首为研究对象,分别采用CCHE和Fluent建立数学模型,对该渠首水沙运动规律进行数值模拟研究,并将模拟数据与物理模型试验结果进行比较分析。研究结果表明:两种数值模型的计算结果与物理模型结果吻合都较好,但与Fluent模型相比,在水流流态方面,CCHE模型能更准确地反映弯道下段自由水面的横比降现象;在泥沙横向淤积方面,CCHE模型可充分体现环流作用下泥沙冲淤效果;在计算用时方面,CCHE模型也明显耗时更少,证明CCHE模型能够更高效、更准确地模拟预测弯道水沙运动。     

丁坝群对弯道水力特性影响的数值模拟研究

弯道螺旋流是弯道水流的特点之一,弯道环流会造成凸岸发生淤积,凹岸遭受冲刷,对护岸工程非常不利。在弯道中布设丁坝可有效减弱弯道螺旋流强度,改善水流流态,保护岸坡稳定。采用RNGk-ε湍流模型,应用VOF法捕捉自由水面,采用半隐式SIMPLE算法求解速度与压力耦合方程组,模拟在60°弯道内布设丁坝群后弯道水流特性。研究表明:数值模拟的水位、流速和试验数值据吻合良好。弯道内设置丁坝群后,可有效改善凹岸区域的冲刷及凸岸的淤积,主河槽的水深增加,水面横比降减小,说明丁坝群的布置在稳定弯道水流,防止岸坡冲於方面有较好的效果。     

潮汐作用下弯道环流的数值模拟

潮汐作用下的往复式弯道环流与径流式弯道环流的结构特征应有区别。该文建立三维水动力数学模型模拟黄浦江吴淞口弯道环流,提出涡度作为环流强度指标,对吴淞口弯道环流时间和空间分布进行统计分析。结果显示,吴淞口弯道环流强度分布呈现弯道中段小、进出口两端大;在一个潮周期中涨潮期间环流强度大于落潮;涨潮时环流强度变化大,变化快,落潮时环流强度较稳定,变化小。     

基于FLUENT的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟

采用计算流体动力学软件FLUENT 对一小尺度粗糙明渠紊流进行数值模拟研究,得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者符合得较好,从而验证了FLUENT 用于计算小尺度粗糙明渠紊流的有效性.由于计算机性能的限制,无法得到粘性底层和过渡层的"真实"流速分布,有待今后进一步研究.     

基于正交设计的扭曲鼻坎体型优化试验研究

挑坎体型对水舌形态和下游河床冲刷至关重要,基于水工模型试验,利用正交试验设计对纳子峡工程泄洪洞扭曲鼻坎体型进行优化研究。采用极差分析和方差分析,选取最大冲坑深度、冲刷最低点到边坡的距离、左侧挑距、右侧挑距和水舌宽度作为评价指标对扭曲鼻坎左侧边墙向右偏移距离、右侧边墙向右偏移距离、鼻坎扭曲程度系数3个因素进行计算,分析各因素对评价指标的敏感性,以确立扭曲鼻坎的最优体型。结果表明,各水力学特性指标对左侧边墙向右岸的偏移量的变化更敏感,其余因素对扭曲挑坎的消能效果影响较小,通过正交设计分析所得的最优体型,其水力特性指标均明显优于其他方案,所得成果可为实际工程扭曲鼻坎体型的设计提供依据。     

基于流场数值模拟的导流堤加固方案优化设计

流态和流速分析是导流堤设计的先决问题。以某沿海水利枢纽导流堤为研究对象,采用有限元数值模拟的手段及平面二维水流数学模型,对其加长加固方案进行对比分析,优选出合理的导流堤结构型式和长度,为工程设计提供理论参考。     

溃坝水流作用下急弯河道泥沙输移数值模拟

将有限元特征分裂算法(CBS)应用于二维浅水控制方程的求解中,建立了模拟溃坝水流泥沙输移的数学模型。CBS算法在计算对流主导的问题时具有很好的稳定性与较高的精度,适用于处理溃坝水流流速大,水位、床面变化剧烈等问题。应用该模型对90°急弯河道全溃所致的水流运动进行了数值计算,并与试验资料进行了比较,证实了该方法的可靠性。最后用该模型模拟了180°弯道中溃坝水流在缓坡、陡坡时的洪水演进与泥沙输移。结果表明:模型能够较好地模拟溃坝水流运动,模拟结果符合水流泥沙运动规律。     

基于SPH方法的二维宽顶堰溢流数值模拟

光滑粒子水动力学方法(SPH)是一种基于纯拉格朗日思想的无网格粒子方法,在众多科学和工程领域得到了初步应用。采用SPH方法对二维宽顶堰溢流进行了数值模拟,并利用机群进行并行计算来提高计算效率,将模拟数据与试验数据进行了对比。结果表明,SPH方法可以模拟出二维宽顶堰自由出流和淹没出流时水流流态、水跌、回流区、水跃现象,计算出溢流流量、流速等水力参数,并且采用数据拟合得出与理论相符的断面流速分布图。结果表明了SPH方法可以较好模拟二维宽顶堰溢流中的流速分布以及水面曲线。     

溢流面板坝泄槽锚杆设计参数敏感性分析

针对设锚杆的溢流面板坝泄槽流激振动性能复杂的特点,建立拟三维仿真模型,采用时域分析法对锚杆设计参数的敏感性进行了研究。结果表明:在一定的水流限制流速条件下(v≤40 m/s),在影响溢流面板坝流激振动性能的3个锚杆设计参数中,锚杆布设间距对关键点的拉应力和接缝处法向变形响应幅值影响最大,锚杆布设长度及直径影响相对较小。大致规律为:关键点的应力随锚杆布设间距和锚杆直径的增加而增大,随布设长度的增大而减小;关键点的法向变形随板后布设长度和锚杆直径的增加而增大,随锚杆布设间距的增加而减小;3种因素存在显著性顺序:锚杆布设间距,布设长度,锚杆直径。研究成果可为同类坝型泄槽锚杆参数的设计提供指导。