浑河抚顺段桥群壅水数值仿真研究

桥梁压缩河道产生壅水,在大流量下桥梁群壅水效应的叠加会形成防洪隐患。采用二维浅水方程中水力要素沿水深平均的方法,建立平面二维水流数学模型进行求解,研究压缩度、流量和糙率对单桥壅水的影响,并对浑河上将军桥、铁路桥和永安桥三座桥梁壅水情况进行数值仿真研究。通过与规范公式计算结果和实测资料相比较,验证了模型的准确性。同时也说明用压缩度代表桥梁对河道影响的数值仿真方法具有通用性,该方法可在桥位选择和桥渡总体布置中推广应用。     

基于卫星影像数据快速构建水动力水质模型研究

研究提出了一种基于Google Earth遥感影像获取河道水下地形数据,并通过克里金插值法生成地形数据的方法,用于无实测地形资料地区河道水动力水质模拟.采用二维水动力水质模型分析长江干流九江河段排污口对水质的影响,将提出的方法与九江水文局2017年1:1000实测水下地形生成的数据的计算结果进行对比:水位最大误差由0....     

尾水洞明满混合流的数值模拟

以一个工程实例,用数值模拟和模型试验两种手段对带有尾水调压室的尾水系统中尾水洞出现明满混合流动的流场进行了分析。使用CFD计算软件Fluent,采用VOF气液两相流模型计算了尾水系统的三维流场,得到了过渡过程中尾水洞明流长度的变化范围,尾水洞顶的压力变化过程以及尾水洞的流态,尾水洞内气泡的生成然后合并溢出的过程。对比分析数值计算与模型试验的结果一致。     

二维数学模型在防洪影响评价中的应用

建立了基于有限体积法的平面二维非恒定流数学模型,采用黎曼近似解通量差分裂(FDS)格式计算通过各单元边的水流法向数值通量,并应用相关的悬移质、推移质河床变形计算公式计算冲淤变化。模型应用于浙江省49省道温溪至鹤城段改建工程河道水流状况的模拟,结果表明工程修建后工程段的中间部位以上以及外侧附近水位略有壅高,最大壅高值0.03m;工程区附近流速减缓、靠近河道中央流速略微增大,最大增幅约0.12m/s,河道冲淤幅度在0.3m以内。     

基于大涡模拟数值仿真的喷射泵喉

采用弱可压缩流体理论，大涡模拟数值方法，有限体积离散法，贴体坐标变换等理论和方法，研究了喷射泵内部流动状态。通过数值仿真，分别计算了具有不同喉管长度的喷射泵内部流场，并经过分析确定了喷射泵的最优喉管尺寸，计算数据和试验数据对比非常接近，证明了数值仿真结果是合理的、可信的。     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64%.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明：二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41%和4.14%;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13%和3.41%,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64％.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明:二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41％和4.14％;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13％和3.41％,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

基于MIKE 11与HEC-RAS的南渡江防洪能力对比分析

利用实测地形和水文资料,基于一维河网模型系统MIKE 11与HEC-RAS分别建立了南渡江下游河段一维水动力模型。本文着重以HEC-RAS 和MIKE11 对河道糙率的不同计算方法为出发点,利用南渡江实测地形和水文资料进行计算,然后对计算结果进行比较分析,得到两种软件的联系与区别。模型率定和验证结果表明,所建两种模型均能够反映河网水动力条件,但是MIKE 11模拟结果更接近实测值。同时,以南渡江20年一遇洪水为例,模拟了现状河道在修建堤防以后的防洪水位,并对两种模型结果对比分析,为南渡江防洪及河堤规划提供依据。     

叶片安放角变化规律对液力透平性能的影响

基于ANSYS Bladegen软件,针对不同叶片安放角变化规律分别设计3种前弯叶片液力透平专用叶轮。通过与试验结果对比,确定了合理的数值模拟方案,分别完成了3台透平全流场数值计算。分析了叶片安放角变化规律对透平外特性、压力分布和水力损失分布的影响。结果表明:最优工况时,3个叶轮的效率、压力分布和水力损失分布均相差不大。在非最优工况,安放角采用线性变化规律设计时,透平性能更好,效率曲线更平坦;叶轮出口处低压区域范围较其他2种方案大。水力损失分布显示在叶片进出口安放角及包角相同的情况下,安放角变化规律对蜗壳及尾水管内的流动影响不大,仅对叶轮内的流动产生较明显的影响,叶片安放角呈"S"形变化对透平性能的影响是负面的,线性分布规律相对较好。     

泵站钟形进水流道三维湍流数值模拟与试验研究

采用雷诺方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,数值模拟了钟形进水流道6种不同喇叭管悬空高度和4种不同流量方案下的流道内流场,分析了钟形进水流道关键部位的流态特征,揭示了钟形进水流道特征断面的速度分布规律。采用五孔探针实测了流道特征断面流速分布,并以流道出口速度均匀度和速度加权入流角为目标函数,分析比较了各方案的数值计算与试验实测结果,提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。     

河道流量测量与计算方法研究

获得河道流量常用的方法是实测流速乘以面积法和实测水位转换法。测流速精度高但成本高,而直接由水位估算流量经济但精度不够高。采用飞来峡水文站实测的流速与流量,对中泓一点法、水位流量法和水位-流速-流量拟合法3种方法进行了对比研究。发现在传统的水位流量关系中加入了一个点的流速后能够显著的提高流量的计算精度。基于现在流速仪技术的发展,可以在河道断面长期布置一单点流速仪,实时观测一点流速,所以采用水位-流速-流量法是未来获得高精度河道流量的可行方案。     

推理公式法在无资料地区小流域河流划界中的应用——以敖家河小流域为例

无资料地区小流域河道管理范围划界工作是河湖划界的重要组成部分,但由于缺乏实测的水文资料,河道控制断面的设计洪水位无法由水位流量关系推求。探讨了推理公式法在无资料地区小流域河道管理范围划界中的应用,认为该方法可准确计算出各个断面设计洪峰流量,并结合实测断面资料,由洪峰流量计算设计洪水位。最后将此方法应用到敖家河小流域河道管理范围划界,计算所得的设计洪峰流量与洪水位成果合理,成功划定其河道管理范围。     

基于解析-数值结合法的傍河水源地开采方案与地下水资源量分析

合理设计开采方案对傍河水源地地下水资源开发和避免环境地质问题的发生具有重要意义.以承德市四道河典型傍河地下水水源地为研究区,在明确区域水文地质条件的前提下,建立地下水流数值模型,运用仿泰斯公式和映射叠加原理计算出合理的开采井布局,数值法与解析法相结合得到最优开采方案,确定水源地地下水可开采资源量.结果显示,在研究区4个...     

抽蓄电站全过流系统水泵工况停机过渡过程CFD模拟

通过建立某抽蓄电站全过流系统的几何模型,将VOF两相流与单相流流动模型相结合,采用三维非定常流动过渡过程研究方法对泵工况停机过渡过程进行数值计算,获得了机组转速、流量、转轮力矩,以及若干测点压力脉动等参数随时间的变化过程和不同时刻的流场演变规律,并将结果与电站原型试验资料进行了对比.结果表明:机组转速变化规律、蜗壳和尾水管进口压强极值与试验结果基本吻合;抽蓄电站泵工况停机过程中,蜗壳进口和尾水管进口压强变化明显受活动导叶关闭规律的影响,而转轮与活动导叶之间的压强主要受机组转速的影响;随着活动导叶的关闭,当流量小到一定值后,水流主要通过尾水管内侧流向上游,而外侧水流会与转轮同向旋转;导叶全关后,尾水管内的旋涡是导致其能量损耗的主要因素.     

梯形断面明渠三维紊流数值模拟

为研究梯形断面明渠的流速分布，建立了一个三维紊流数学模型。该模型采用重整化群 （RNG） 模型来封闭雷诺平均的N—S方程；用SIMPLE算法对压力—速度场进行求解；为考虑空气对水流流速的影响采用VOF方法追踪自由水面，并用施主—受主方法求解水体体积率控制方程。最后，在现场实测的基础上，运用本文模型对一实际梯形断面明渠水流进行了数值模拟，并将计算结果与实测结果进行了对比，发现两者符合的较好，表明本文模型是合理可靠的。根据计算和实测结果，分析了梯形断面明渠流速分布的规律。     

圆形断面明满流尾水系统水力过渡过程研究

为了研究圆形断面明满流尾水隧洞的适用性,本文采用基于改进的虚拟狭缝法一维计算以及基于CFD和VOF模型的三维计算方法,对比了圆形断面与城门洞型断面尾水系统在大波动过渡过程中的水力特性。结果表明,两种断面形状的尾水隧洞明满流分界面波动包括退水、平槽、壅水三个过程,两种断面在水力特性方面并无明显差异。明满流尾水系统明满流界面呈明显的三维波动,三维计算具有明显的波前现象。明满流界面的移动伴随着洞顶气囊的产生、发展、破碎与溃灭,但本文体型的尾水洞洞顶气囊破碎时未产生明显的冲击压力,不会对结构产生较大影响。因此,圆形断面尾水系统在明满流工况下无不利流态,可应用于工程实践。     

基于MOSCEM-UA的水文模型多目标参数优化研究

水文模型校准经验表明,单一目标函数不足以准确预报观测数据的所有特征。为解决这一问题定义多个目标函数用于度量系统模拟的不同方面,并根据多标准优化确定pareto非支配最优解。提出高效的MOSCEM-UA算法能够解决水文模型的多目标优化问题,MOSCEM是对SCE-UA全局优化算法的一种改进,它使用pareto非劣解概念而不是直接对单目标函数评估,pareto解集将最初的点群发展为一组解决源方案的稳定分布。通过对流域场次洪水的模拟,进行单目标与多目标模拟方案对比,从而选出较优的多目标优化的模型参数。结果表明,采用多目标最优非劣解准则选取最优解使筛选结果更具准确性和可靠性,为水文模型参数优化率定提供了较为综合的方法。     

T形三通管计算模型对尾水进口压力和调压室涌浪的影响

针对含尾水调压室的抽水蓄能电站,以特征线法和瞬变流理论为理论基础,在考虑尾水调压室长连接管水体惯性作用及管壁弹性的基础上,在T形三通管节点处分别建立了基于恒定局部水头损失系数、Gardel公式、试验资料的3种计算模型.结合工程实例,应用T形三通管节点处的3种计算模型对水电站的过渡过程进行了数值模拟;采用Gardel公式和试验资料,计算了过渡过程中不同时刻点的局部水头损失系数,研究了不同计算模型对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响.结果表明:基于恒定局部水头损失系数的计算模型其阻抗作用最小,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最大;基于试验资料的计算模型其阻抗作用最大,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最小;基于Gardel公式的计算模型次之.     

曲线坐标系下三维水动力模型求解新方法

为求解三维水动力模型的高精度数值计算,设计了一种在曲线坐标系下求解的新方法.对ξ,η和ζ共3个方向的空间导数分别采用高精度的紧致有限差分以及非线性项的迎风紧致有限差分格式,时间积分则采用四阶修正Runge-Kutta显式格式.为了验证该算法求解曲线坐标系下三维水动力模型的正确性,选取与De Vriend的180°弯道水槽试验相同的物理参数进行数值试验,计算出水位、流速分布等,并将计算结果与De Vriend的试验值以及先前采用SIMPLEC法获得的数值结果进行了对比分析.结果发现：文中创建的高精度算法获得的数值解比SIMPLEC法计算的数值结果更符合试验值,通过算法定量计算得到的平均速度值与试验测量值之间产生的最大相对误差约为3%.说明构建的高精度紧致有限差分算法来数值求解三维水动力问题是可行的、合理的,为天然河道、明渠以及湖泊等水动力计算提供参考依据.     

CFD在调压室涌浪水位模拟中的应用

对某水电站的尾水隧洞及下游调压室过渡过程中的非恒定流流态进行三维数值模拟,着重观测调压室内涌浪波动及调压室内底板压差变化过程。采用3种湍流模型对下游调压室及尾水隧洞进行了模拟,将调压室涌浪波动过程与调压室底板压差变化过程的三维计算结果与物理模型实验、一维数值计算的相应结果予以对比分析,阐明了不同湍流模型对过渡过程模拟的影响。结合三维模拟能捕捉流场内部流态的优势,探讨了涌浪波动过程中调压室水面波动过程及水流流态。