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.     

抽水蓄能电站引水岔管水力特性数值模拟

通过对某抽水蓄能电站在不同工况（抽水或发电）、不同分流比（单台机或多台机运行）情况下引水岔管的水力特性进行三维数值模拟计算,采用非结构化网格离散计算区域,使用有限体积法将方程的积分形式转化为代数方程组,为保证计算精度,采用二阶迎风格式,隐式求解,速度和压力方程用SIMPLE算法耦合．分析了各工况下岔管处水头损失变化和水流流态情况．结果表明,计算结果与试验较吻合,由于夹带不同能量水流汇合后“能量相互传递”,抽水工况水头损失出现了负值,发电工况流态好于抽水工况流态;分流（发电）水头损失较大,合流（抽水）水头损失较小,为机组运行方式的选择提供了依据,可使岔管能量损失降低到最小程度．     

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...     

引黄滴灌斜管式重力沉沙池流场特性数值模拟

针对引黄灌区一种新型重力式沉沙池开展研究,这种沉沙池通过在沉沙池中布置斜管缩短泥沙沉降距离,进而提高沉沙池沉沙效率.基于数值模拟技术,利用Star-ccm+软件中的Realizable k-ε模型模拟了河套灌区斜管式重力沉沙池的水流运动过程.数值模拟计算结果与实测数据吻合良好,表明数值模拟计算的结果可以较好地反映斜管式重力沉沙池流场特性.模拟结果表明沉沙池斜管区域流态比较稳定,有利于泥沙稳定沉降;沉沙池首部与斜管区前部底端与后部顶端存在的旋涡区不利于泥沙的稳定沉降;池尾溢流堰的吸水作用影响了斜管区域的流态稳定,降低了泥沙沉降效率.研究表明,该型沉沙池下一步需要对调流板孔洞布置形式、斜管布置高度、溢流堰位置进行优化.     

大型泵站出水流道三维流动及水力损失数值计算

根据研究低扬程泵站水泵装置的方法可以多样化的观念,提出了将出水流道从水泵装置中分离出来,进行出水流道内部流态数值模拟和水力损失计算的方法．介绍了低扬程大型泵站出水流道三维流场及水力损失数值计算的计算区域、边界条件及网格剖分等有关问题;给出了虹吸式和直管式等两种形式出水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较．结果表明：两种形式出水流道内部三维流动以及水力损失数值计算的结果,与流道模型试验的结果一致．     

闸坝式枢纽工程闸前导水墙体形优化研究

闸坝式枢纽工程边界条件在库区到闸室段突然收缩,闸室过流单宽流量大、水头高,闸前进水口处易出现水流流态差和间歇性吸气漩涡等问题。为研究并选用合理的导水墙体形,分析闸前进水口处水流流态、流线分布、表面流速、漩涡分布及横向水位差等水力条件,采用数值模拟分析方法,对某闸坝式枢纽工程闸前导水墙体型布置方案进行优化,并用物理模型试验进行验证分析。结果表明优化方案在闸前近坝区束窄河床的导水墙体形布置,可有效改善进水口水流流态,减小闸前水流横向流速,并消除了间歇性吸气漩涡。     

泵站蜗壳式出水流道三维紊流数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型闭合雷诺时均Navier-Stokes方程,数值模拟了某大型混流泵装置中蜗壳式出水流道的内部流动,在分析关键断面流态的基础上,对该出水流道的水力特性进行了预测。模拟结果表明,蜗壳式出水流道的内部流态非常复杂,在一些区域有局部涡流和脱流现象,流速分布均匀性较差。蜗壳出口和流道出口断面的轴向流速分布均匀度曲线均为开口向下的曲线,而出口水流偏流角曲线则是开口向上的曲线,对应于水泵装置最高效率点,两者分别达到最大值和最小值。水头损失随流量变化而变化,在水泵装置最高效率点达到极小值。水泵装置在偏离设计工况大流量侧运行时,出水流道的水头损失迅速增加,装置效率急剧下降。     

直冲洗鱼雷网式过滤器内流场的数值模拟

将直冲洗鱼雷网式过滤器流场在不同体型工况下进行了三维流场数值模拟,采用RNGk~ε模型模拟过滤器湍流。对不同体型工况下的过滤器断面压强、断面流态数值计算结果进行理论分析,并进出口的水头损失与物理试验结果进行对比分析。结果表明数值计算能够清楚地反映了不同边界条件下过滤器内部流场变化情况及各个参数,并且通过过滤器内部流场计算可以获得过滤器在不同体型工况下任意位置的流场变化。其结果可以为过滤器体型优化设计提供可靠的理论依据和参考。     

竖井式抽水蓄能电站进/出水口的水力特征

采用小孔扩散方式所建立的轴对称二维切片模型和二维轴对称数值模型,对抽水工况的出流特性和尾流的水流摆向进行了研究.试验与数值模拟结果显示,抽水工况下出流可视作射流,水流摆向与水位有一定关系,高水位时摆向河床,低水位时摆向水面;三维模型对比试验显示,抽水工况下采用防涡板结构时的进/出水口水头损失系数可达0.61,而无防涡梁、阶梯防涡梁和水平防涡梁等3种结构的水头损失系数范围为0.44~0.48;发电工况下水头损失系数均接近0.40.试验结果显示,竖向扩散段的扩散角小于9°时能保证配水均匀.采用2~3倍发电流量观察发电工况时漩涡的形成,试验显示漩涡的变化特征随水位发生变化：高水位时在进/出水口顶盖上部形成单一的漩涡;当水位降低到一定程度后,大环流转化为若干个漩涡,漩涡数量与导流墩数量相同.两个进/出水口同时运行时,环流之间相互干扰,可能形成一顺一逆环流.     

泵站进水流道三维流动及水力损失数值模拟

提出了将进水流道从水泵装置中分解出来单独进行数值计算的研究方法,分析了大型泵站进水流道三维流场及水力损失数值计算的区域、边界条件及网格剖分等有关问题,给出了肘形、钟形和簸箕形等3种形式进水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较.结果表明：提出的进水流道三维流动数值计算方法可以较为准确地计算进水流道的水力损失,便于对其进行模型试验验证.应用本方法可以较为方便地对进水流道的水力性能进行考核和评价,从而为进水流道优化水力设计所需的多方案比较创造条件.     

轴伸式出水流道内流场数值模拟分析

为了探讨在导叶出口剩余环量影响下轴伸式出水流道的水力性能,对不同水力模型及不同叶片安放角下的后置轴伸式泵装置采用全结构化网格进行了数值模拟计算,并与实验结果对比验证模拟结果的可信度。对轴伸式出水流道的水力性能进行了分析,发现轴伸出水流道内部流态受导叶出口剩余环量的影响较大,尤其是对小流量工况。水力损失系数不再是某一常数,而是受流态分布相关的一变量。通过对比不同叶片安放角及不同比转数叶轮的出水流道进口断面平均涡角与水力损失系数关系发现,轴伸式出水流道的水力损失系数与进口断面的平均涡角存在一最优值,本次模拟计算下2副叶轮的最优平均涡角4°~5.3°下的水力损失系数为1.62×10~(-4)m·s~2/L~2。通过分析静压与总压沿流线方向的变化趋势明确了小流量工况下环量是引起水力损失的原因,而在大流量工况下流量是引起水力损失的主要原因。     

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。     

水力自控翻板门数值模拟研究

水力自控翻板闸门能随水位涨落而自动启闭、结构简单、造价低廉,在水利工程中得到广泛应用.采用RNG k-ε紊流数值模型模拟方法,利用VOF方法跟踪自由水面,对杨卜山水力自控翻板闸门进行了数值模拟研究.分析研究了闸门不同开度和自由泄流状态下的泄流能力、过闸水流的流态、流速分布特性以及作用在闸门面板上时均压强等,计算结果与试验实测结果吻合良好.采用的Flow-3D软件能为类似水工水力学研究提供良好的计算平台.     

基于数值试验改善泵站压力水箱内拍门断流性能

某大型轴流泵站以压力水箱为出水建筑物,每台泵由并列布置的两只结构相同、尺寸较小的整体自由式拍门断流,边机组拍门断流性能很差。为改善拍门断流性能,拟对压力水箱内的水流场进行数值模拟分析。在泵站停机后压力水箱内的流场CFD数值模拟中,采用standard k-? 紊流模型与SIMPLEC算法,采用速度进口与自由出流边界条件,按无应力边界条件处理自由水面。以泵站停机拍门断流过程中水泵流量的变化过程为基础设定了三个典型时刻,对泵站停机后压力水箱内的水流流场进行CFD数值试验。对比中间机组与边机组对应的压力水箱内的水流流场,分析了边机组两只小拍门不同时关闭、后关闭小拍门撞击声响很大以及拍门断流性能差的原因。在边机组两只小拍门之间加设隔墩后,进行了CFD数值试验,与无隔墩情形相比,边机组拍门前水流流态得到了有效调整,从而改善了拍门的断流性能。     

保水堰局部体型优化的数值模拟

保水堰作为南水北调中线工程天津干线的新型衔接性建筑物,其水力特性关系到整个输水工程的成败,但就原体型来看,保水堰在不同水位运行时呈现出的三种流态都存在不良流态。本文通过数值模拟的方法对保水堰局部体型进行了初步优化,使其体型更加符合水流运行条件,使保水堰的流态、管道流速分布都达到了一个比较协调的状态,并且增大了局部水头损失,对消能更有利。数值模拟的计算结果与模型试验基本吻合,体型优化结果可为实际工程的设计和运行提供参考。     

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。     

刘老涧二站虹吸式出水流道的优化水力设计

在给定的流道控制尺寸范围内，采用数值模拟计算的方法对刘老涧二站虹吸式出水流道进行了优化水力设计计算。计算结果表明：虹吸式出水流道的型线对流道的水力损失影响很大；虹吸式出水流道经过仔细的优化水力设计可以获得优异的水力性能；虹吸式出水流道具有非常好的应用前景。     

有限深度均匀水流中圆柱阻力测试研究

为解决工程实际与圆柱桩基码头与桥墩的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及圆柱桩基的物理模型试验和数值模拟计算等工作,在归纳总结已有的研究成果的基础上,通过先进的测力设备对有限深度均匀水流中圆柱绕流进行了阻力测试研究,进一步完善和发展了有限深度均匀水流中圆柱绕流阻力特性规律。     

钟型进水流道轴流泵装置数值优化与试验分析

基于RNG k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用流体计算CFD软件对钟型进水流道的轴流泵装置进行三维流动数值模拟以及水力性能的优化设计。通过先局部后整体的方法先单独对钟型进水流道进行优化,然后在整体泵装置内对弯管式出水流道进行优化,对进、出水流道进行三维参数化建模,进水流道以出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,出水流道以泵装置效率为目标函数,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各控制参数方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和模型试验结果表明,优化后钟型进水流道的水力损失由0.348 m降低到0.148 m,钟型进水流道出口流速均匀度由54.59%提高到93.35%;弯管式出水流道的水力损失由0.464 m降低到0.415 m,通过优化流态得到了改善。模型泵装置试验在叶片安放角0°时,设计工况下泵装置效率达到74%,泵装置最高效率为76.47%,高效区运行范围较宽;进出水流道无漩涡产生,流态均匀,数值模拟和模型试验外特性曲线误差在5%以内,进水流道水力损失曲线趋势相同。运用数值模拟优化计算钟型进水流道的轴流泵装置,缩短了试验周期,节约了成本,可为同类泵站的设计和安全运行提供参考。     

梯形渠道圆柱形量水槽水力特性数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型及VOF方法处理自由水面,数值模拟了梯形渠道圆柱形量水槽三维水流运动。通过对多个流量情况的计算,获得了驻点水深、水面位置、三维水流流态等圆柱形量水槽水力特性。数值模拟的自由水面位置、三维水流流态与试验结果基本一致,驻点水深的计算值与实测值的最大相对误差为4.11%,最小相对误差为0.53%。研究表明,采用的数值模拟方法,能够有效地模拟圆柱形量水槽水力特性,模拟精度能够达到量水设备要求的精度。