基于Flow-3D的堤防堵口水力条件数值模拟

为了研究极端洪水条件下某河道砂性堤防溃口快速封堵技术,选取典型堤段,基于FLOW-3D对具有实际地形的堤防溃口水流运动进行三维数值模拟,计算不同口门宽度及堤防内侧不同水位条件下的口门区域水位、水位场分布、流速及流速场分布等水力学特性。结果表明,溃口内外水位差和口门宽度均对溃口分流量、口门断面平均流速有显著的影响;随着口门束窄,溃口前水位逐渐抬高,口门断面流速先增后减;口门底部和下堤头前局部流速较大。总结该河道堤防溃口水流运动特性和规律,其结果可为类似工程堵口材料和施工工艺的选取提供参考和科学依据。     

堤防溃口特征分析及水流特性研究评述

汛期洪水引起的堤防溃口严重威胁当地的农业,交通运输,生态环境及附近居民的生命财产安全,研究堤防溃口的发生机理和抢险堵复新技术,具有极其重要的理论意义和应用价值。结合国内外对堤防溃口的相关研究内容,评述了堤防的类型、堤防溃口的发生因素与发生过程以及堵口技术的研究现状和动向,提出了3点认识与建议:(1)堤坝溃口水力边界特征分析;(2)数值模拟与物理模拟的溃口水流特性研究;(3)堤防溃口水力特征研究的认识与建议。     

泵站出水池整流措施数值分析

为了改善泵站出水池内的不良水流流态,基于CFD软件,采用RNG模型和VOF方法对原设计方案及4种修改方案的出水池水流进行全流场数值模拟,得到泵站出水池内部的水流流态、流速、水位、水头损失及水头损失系数.计算结果表明,原方案出水池内流态紊乱,隧洞进水条件差,水流偏斜较为明显;纵向水面差为0.33～0.48 m,水头损失和...     

水电站沉沙池沉沙工况水力特性研究

结合国外某水电站工程,通过物理模型对水电站引水沉沙池的水力学特性进行试验研究,通过试验资料深入分析了沉沙池内水流的流态特征,流速分布等水力特性,并通过在沉沙池工作段首部加设整流栅,对入池水流进行调节,使沉沙池内水流流场分布均匀,使调节后的流场分布更利于泥沙的沉降,研究成果为工程设计提供了重要的技术支撑。     

大型泵站虹吸式出水流道水力特性分析

分析了影响虹吸式出水流道水力特性的主要设计参数，在数值模拟流道内部三维流动和定性分析流道内部流态的基础上，建立了虹吸式出水流道水力特性评价指标体系。通过分析2个设计方案虹吸式出水流道的流场，定量比较驼峰和出口断面的流速分布均匀度和流道水力损失，客观评价虹吸式出水流道的水力特性，为实现水力设计优化提供了可靠依据，可有效地节省物理模型试验费用和时间，提高水泵装置效率。     

大型泵站虹吸式出水流道水力特性

分析了影响虹吸式出水流道水力特性的主要设计参数，在数值模拟流道内部三维流动和定性分析流道内部流态的基础上，建立了虹吸式出水流道水力特性评价指标体系。通过分析2个设计方案虹吸式出水流道的流场，定量比较驼峰和出口断面的流速分布均匀度和流道水力损失，客观评价虹吸式出水流道的水力特性，为实现水力设计优化提供了可靠依据，可有效地节省物理模型试验费用和时间，提高水泵装置效率。     

卧式前轴伸泵装置流道三维流动及水力损失

采用数值计算方法对卧式前轴伸泵装置的三维流场及水力性能进行了初步研究,获得了设计流量时进、出水流道的流场图以及水力损失值.同时,还采用透明流道模型试验的方法,分别对卧式前轴伸泵装置进、出水流道数值计算的结果进行了试验验证.研究结果表明：卧式前轴伸泵装置进、出水流道内的流态,数值计算的结果与试验结果一致,进水流道内的水流仅在泵轴后有很小范围的局部旋涡,进水流道出口断面的流速均匀度为96.9%;出水流道进口的水流具有一定环量,水流呈螺旋状流入流道,流道外侧的流速较大,流道中心附近流速较小.进、出水流道水力损失值,数值计算值分别为0.142 m和0.163 m,流道模型试验值为0.137 m和0.168 m,两者非常接近.该泵装置在低扬程泵站具有一定的应用前景.     

分期导流围堰对河道水流影响的试

采用水槽试验对围堰附近的水流运动进行了系统的试验研究。通过详细分析围堰进、出口附近水流的断面流速分布以及沿程流速、水深变化规律,给出了分期导流围堰对河道水位和流场的影响,结果表明：（1）围堰的存在对其上游流场的影响范围比它对水位的影响范围要小得多;（2）围堰进、出口附近的水流运动呈现出明显的三维特性。所得结论为相关工程实践提供理论依据。     

叠梁门分层取水式电站进水口流场数值模拟研究

以某水电站进水口为例,采用三维RNG k—ε紊流模型及VOF自由液面处理技术对其进水口流场进行数值模拟.从计算得出的水流流态、流速和压力分布以及水头损失等参数分析了该电站进水口水力特性.计算结果表明:叠梁门前断面水流在门顶以上10 m高程范围为大流速集中区；随着叠梁门顶高程的增加,水流更易在门后形成立轴漩涡,相应水头损失也随之增大；水库水位及门顶高程的改变对流道内压力分布影响范围不大.计算结果可为类似工程提供参考.     

台阶式溢洪道流速水头沿程变化研究

水流的流速水头是重要的水力参数,可一定程度上反映水流的能量。为研究台阶溢洪道过流断面流速水头的沿程变化规律,将其与同体型的光滑溢洪道流速水头进行对比,引入相对流速水头的概念。通过对26.6°、33.7°、38.7°、48.0°四组坡度,0.5、1.0、2.0 m三种台阶高度的台阶式溢洪道,在单宽流量17.25~62.18 m2/s之间进行模型试验研究。结果表明台阶的流速水头沿程呈现曲线规律,关系复杂不便应用;而非均匀流段上相对流速水头与流程长度呈现良好的线性递增关系,相关系数R2为0.994 8~0.998 8。台阶部分对水流的阻碍效果随单宽流量的减小增大,而与台阶高度、坡度呈递增关系,其中坡度的影响最显著。试验证实了引入相对流速水头的必要性,为台阶溢洪道水力特性的研究提供了依据。     

大型立式轴流泵装置流道内部流动特性分析

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,采用CFX软件计算了额定转速下180～340 L/s流量范围内6个工况点的立式轴流泵装置内部流动,分析了进水流道和出水流道的流动特性,重点研究进口流动细部结构,同时预测了泵装置的水力性能.计算结果表明:叶轮旋转对进水流道出口轴向流速分布和切向流速分布的影响较小.导叶出口环量对出水流道的流场影响较大,导致隔墩两侧流量分配不均,大流量时隔墩两侧水流流态比较平顺,而小流量时隔墩右侧流道内出现螺旋状水流,两侧水流严重不均衡.通过计算预测了泵装嚣水力性能,并与泵装置模型性能试验结果进行了对比,表明最优工况时数值模拟与试验结果吻合较理想,可以满足工程实际的需要.     

渠系节点三维流场的试验研究

渠系节点三维流场的研究,对于河流、渠道等明渠水流流场的变化规律具有重大实际指导意义。通过vectrino plus小威龙三维流速仪在不同水位及流量条件下对渠系节点进行流速观测,研究节点附近水域三维流速沿水深的分布,分析各工况下口门区、明渠段及主河道上下游表层及底层节点的三维流场的分布规律。研究结果揭示了渠系节点处水流运动的非定常特性,口门区水流结构表现为横向环流、立轴环流和次生副流的叠加,流速分布与正常明渠流动存在差异。     

黄河浪店泵站取水防沙水工模型试验

在动床模型试验中,根据黄河浪店水源工程引水闸前设计高水位347.70 m及低水位347.34 m,相应斜坡沟流量为821 m3/s及337 m3/s,对可能出现的各种含沙量条件下运行时闸前后的水流流态、流速分布、含沙量及粒径的分布以及闸前后的河床冲淤变化、拦沙设施的拦沙效果等进行了试验观测,并对浪店泵站取水防沙水工模型试验所测资料进行整理分析。结果表明:在一定水位条件下、水流含沙量不高时可以冲刷形成汊道,为不同时期水泵成功取水进行灌溉提供正确的操作方法。     

水力条件对丁坝附近污染扩散影响

含丁坝河流中水流流速、水位高度及河道底坡比等水力条件的变化会对丁坝周围水体中污染扩散过程产生较大影响。通过一系列改变水流流速、水位高度及水槽底坡比等水力条件的水槽试验,获得不同水力条件下丁坝附近水流流动特性及示踪剂质量浓度分布的变化规律：水流流速增大时,丁坝下游回流区的范围会变小但变化并不明显;水位升高时丁坝下游回流区范围仅随水位升高而变深,回流区长度和宽度没有明显变化;水槽底坡比改变对回流区范围的大小影响比较大,水槽底坡比越大丁坝所产生的回流区的范围也越变大。     

水力条件对丁坝附近污染扩散影响的示踪试验

含丁坝河流中水流流速、水位高度及河道底坡比等水力条件的变化会对丁坝周围水体中污染扩散过程产生较大影响.通过一系列改变水流流速、水位高度及水槽底坡比等水力条件的水槽试验,获得不同水力条件下丁坝附近水流流动特性及示踪剂质量浓度分布的变化规律:水流流速增大时,丁坝下游回流区的范围会变小但变化并不明显;水位升高时丁坝下游回流区范围仅随水位升高而变深,回流区长度和宽度没有明显变化;水槽底坡比改变对回流区范围的大4、影响比较大,水槽底坡比越大丁坝所产生的回流区的范围也越变大.     

考虑水流掺气的施工导流工程流场数值模拟

为了考虑导流泄水建筑物下泄水流局部掺气的影响,综合紊流模型、卷气模型和漂移通量模型,对某实际导流工程进行了三维数值模拟研究。首先,利用CATIA软件建立了具有复杂地形的工程三维几何模型,然后,基于Flow-3D软件的RNG k-ε紊流模型、卷气模块和TruVOF水流自由表面追踪方法,计算了考虑溢洪道水流局部掺气条件下的导流工程整体流场,得到了流态、水位、流速和压强各水力参数的分布规律,并与物理模型试验成果进行了对比分析。结果表明数值模拟得到了较好的计算结果,验证了上游围堰设计高程的合理性,加入卷气模块模拟三维流场得到了较好的流速分布、压强分布、水流掺气浓度和掺气范围,为类似导流工程的流场计算提供了一种理论和方法。     

导流兼泄洪冲沙洞消力池体型优化及河床冲刷研究

导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲刷情况,分析不同方案对消力池水力特性的影响并进行物理试验验证。结果显示：消力池末端在增设矩形尾坎后水流流态得到改善;同时池内进出口流速降幅最大为7.66 m/s,而压强分布均匀、无负压产生,且消能率达到80.60%。在设计和校核工况下,增设矩形尾坎后河床冲坑范围相较于原方案分别减少12.20 m和13.30 m,其最大冲坑深度分别较原方案减少0.48 m和1.00 m,对下游防护效果明显。研究表明：所设的体型优化方案均能有效的提高消力池的消能效果,在增设矩形尾坎后流场分布均匀且减轻下游河床冲刷的效果最佳。该研究成果可为导流兼泄洪冲沙工程提供参考。     

进口流场对虹吸式出水流道的性能影响

采用数值模拟方法,把轴流泵后导叶的出口流场作为虹吸式出水流道的进口流场,研究对其水力特性的影响。计算结果表明,导叶出口流速和压力分布不均匀,存在横向流速和剩余环量,使虹吸式出水流道水力特性变差,下降段和出口段的回流区增大,驼峰断面和出口断面轴向流速分布均匀度显著下降,水力损失增加。轴流泵后导叶出口流场影响虹吸式出水流道两侧的流量分配,右侧流量恒大于左侧流量,而右侧的水力损失却小于左侧的水力损失,但两者都比无旋、轴向进水条件下的流道水头损失大得多,流量和水头损失的关系并不符合二次抛物线变化规律。     

异侧竖缝式鱼道的数值模拟及试验研究

竖缝式鱼道具有隔板型式简单、水流条件好、主流位置明确等特点,适宜喜爱不同水层鱼类洄游,是目前应用最为广泛的过鱼工程。参考规范要求,以实际工程为例,初步设计3种鱼道池室隔板型式,利用数值模拟的方法,以第1种鱼道池室结构搭建数学模型计算出的竖缝位置流速和池室表层水流流态,与物理模型试验结果进行对比,验证数学模型隔板型式尺寸优化的合理性。根据池室内的水力特性优化隔板型式,对确定的优化隔板型式以比尺为1∶5的局部物理模型试验对不同竖缝处不同水深进行流速测量,以尺为1∶20的整体物理模型试验对竖缝处流速以及沿程水深进行测量。试验结果表明,当鱼道出口水深不小于进口水深时,即运行工况1和运行工况4,各隔板竖缝附近流速均小于设计流速1.2 m/s,当鱼道出口水深小于进口水深时,即运行工况2和运行工况3,鱼道进口处隔板竖缝附近流速较大,运行工况2时,最大流速为1.319 m/s;运行工况3时,最大流速为1.561 m/s,均超过设计流速1.2 m/s。建议鱼道在工况1和工况4条件下运行。同时对始水状态下鱼道的水力特性进行分析,建议采用流速为4 m/s的冲击流速值加强对鱼道首部数级水池隔板与导板的结构设计...     

大型泵站肘形进水流道三维紊流仿真计算

通过肘形进水流道三维紊流仿真计算，定性分析流道内部流态，定量计算流道出口轴向流速分布均匀度、出口水流偏流角和流道的水头损失，能预测肘形进水流道的水力特性，为流道水力设计优化和模型试验提供了依据，可以缩短模型试验周期和试验费用。