基于TVD格式数值模拟带调压室的水击过程

调调压室通常用来解决水电站的水击问题,准确数值模拟其过程十分重要。近年来计算流体力学热衷于用TVD格式数值模拟各种激波,水击波也属于一种激波。本文将水击方程与涌波方程联合计算,采用 Harten经典修正通量TVD差分格式,结合水击模型上游动边界以及初始条件,数值模拟带调压室的水电站压力管道的水击过程。通过对上游带调压室水击工程实例计算表明,本文方法能有效的模拟其水力过渡过程,比经典差分一阶Lax-Friedrichs格式和二阶MacCormark格式更能准确地捕捉水击波,计算精度显著提高,为水击计算提供新方法。     

液流旋启式止回阀关闭动态特性数值模拟

针对旋启式止回阀关闭时出现的水击现象,采用计算流体动力学(CFD)方法,建立了阀瓣的运动方程和二维几何模型,以连续性方程、雷诺平均N-S方程和基于各向同性涡黏性理论的k-ε方程组成旋启式止回阀内部流动数值模拟的控制方程组,借助Fluent软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格及其UDF编程(用户自定义函数)技术,对普通和改进后2种模型的关闭过程进行非定常流动的二维数值模拟计算,获得了阀门内部流场的压力场图、速度矢量图、压力曲线图以及速度曲线图.结果表明:原模型在关闭过程中会出现大幅度的波动,而改进后的止回阀只出现小幅度的波动,突变的发生率减小,流动更加稳定,流通能力提高,流体对阀瓣的冲击以及局部的能量损耗降低.研究结果为分析阀门关闭时的水击现象提供了依据.     

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．     

泄洪洞工作闸门关闭时水击数值模拟研究

工作闸门设于泄洪洞的末端,其安全运行有助于泄洪洞安全泄洪。工作闸门运行过程中有可能产生水击,目前没有受到重视。应用特征线法数值模拟青海省某水电站泄洪洞工作闸门关闭时闸前水击的变化过程,结果表明:1工作闸门匀速关闭的方式可导致泄洪洞内水击波的产生,水击发生于闸门关闭后,水击压强振幅呈指数规律衰减。2工作闸门非匀速关闭方式对泄洪洞非恒定流有重要影响,闸门关闭速度先快后慢的运行方式可有效减小水击压强振幅,降低闸门振动的可能性;工作闸门以适当的加速度关闭时可消除水击现象,彻底避免闸门因水击引起的振动,排除了这种泄洪安全隐患。     

分叉管流动的数值模拟

采用非结构、非均匀的网格和有限元方法,通过求解Navier-Stokes方程,对90°分叉管的流动进行了并行数值模拟的研究。计算网格为500000个有限单元,计算Reynolds数为1500。计算结果给出了90°分叉管详细的流动结构。     

螺旋流排沙管三维数值模拟

涡管排沙以其成本低、效率高等优点而被常常应用于引水明渠的渠首中,但由于涡管尺寸小、流动三维性强等特点,涡管中流动的真实信息很难得到,不利于涡管的优化设计。应用FLUENT软件,以RNG k-ε湍流模型封闭Reynolds方程,SIMPLE算法求解方程组,采用VOF法追踪自由表面,对明渠排沙涡管中流态进行了三维数值模拟,得到了涡管内切向和轴向流速分布的完整信息。分析了水深、排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度和涡管纵向坡度等参数对涡管内流速分布的影响,对于明渠涡管螺旋流排沙设计具有一定的参考意义。     

针阀关闭时刻柴油机喷孔内瞬态流场的数值模拟

基于开源软件OpenFOAM定义两种连续的网格运动使针阀完全关闭,分三步数值模拟针阀关闭时刻喷孔内的瞬态流场。发现在某些喷油条件下压力室内有气泡形成,这与Jollet实验结果基本吻合。通过对针阀关闭后喷孔内流场的分析,阐述该气泡的形成过程。进一步分析喷孔直径、喷油压力对气泡形成的影响,结果表明当孔径增大到0.4mm时,喷孔内有气泡形成;在30~100MPa喷油压力范围内,随着喷油压力的提高,喷孔3中的气泡体积先增大后趋于稳定。     

球阀与T型三通管组合形变件水力特性数值模拟

为探究球阀与DN63三通管组合形变件的水流运动特性的规律,基于Realizable k-ε湍流模型,采用Fluent软件对组合形变件进行数值模拟,分析阀门开度、雷诺数和分流比对组合形变件综合损失系数的影响。结果表明：当流速、分流比一定时,球阀开度对组合形变件的综合损失影响显著,随着开度增大,阀芯内流速梯度减小,阀门前后形成的旋涡面积随之减小,当阀门开度大于70°时,损失系数的变化趋于稳定;组合形变件阻力损失随雷诺数和分流比的增大而减小,当雷诺数大于1.8×10⁵后趋于稳定。综合表明：造成组合形变件综合局部损失最主要的因素是阀门的开口度大小,其次为分流比和雷诺数的变化。     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

隔膜泵液力特性的数值模拟

为丰富往复式隔膜泵隔膜设计理论进而解决隔膜寿命不足的问题,对隔膜泵液力端动态特性进行流固耦合数值模拟计算.结果表明：一个运动周期内隔膜应力脉动幅度很大,最大应力值约为最小应力值5倍;隔膜上边缘为应力集中区域,该结论也符合工程中上边缘为疲劳破坏高发区的事实;活塞冲次不高于50 min-1时对隔膜应力的影响较小,但当活塞冲次较高时隔膜应力增大非常明显;泵排量占隔膜吞吐能力体积分数应低于85%,该比例超过85%时隔膜应力值急剧增大.采用的计算方法较好地解决了由于活塞、隔膜运动所引起的计算区域变化问题,实现了隔膜泵吸、排液过程的流固耦合分析.     

轴流式通风机气动特性数值模拟

轴流式通风机被广泛应用于国民经济的各大领域。在思考如何能够设计和制造出更高效率、更加节能以及高效工作区更大的轴流式通风机时,CFD(计算流体力学)技术应运而生。鉴于此,以最为常见的轴流式通风机为例,利用Icepak仿真软件对轴流式通风机进行气动数值模拟。直接对简化修复后的通风机三维模型进行数值分析,可以即时查看通风机叶片的速度矢量图和流经通风机叶片的真实迹线分布等结果,为设计人员进行通风机模型的进一步优化提供了验证。     

滴灌双点源土壤水分入渗特性数值模拟研究

为了研究双点源滴灌条件下土壤水分运动规律,为滴灌多点源系统的合理设计提供理论依据,基于非饱和土壤水分入渗理论和双点源滴灌条件下土壤水分分布特征,建立了滴灌条件下双点源土壤水分入渗数值模型,利用流体建模有限元分析软件HYDRUS-3D对数值模型进行了运算.将湿润区内土壤含水率运算与实测结果进行对比可得:实测与模拟值一致性...     

缩放管内甘油的流动特性数值模拟研究

论文分析了通过采用ANSYS软件,对缩放管内的甘油层流流动性能进行数值模拟研究,对比不同管内甘油的速度场的实验过程,并得出了结论。实验结果表明:缩放管内甘油的对流强度比光滑圆管内的高。数值结果为提高能源利用率,强化换热提供了理论基础。     

Kamalapur雨水泵站前池水力特性数值模拟研究

针对Kamalapur雨水泵站前池内复杂的紊流运动特性,采用标准k-ε双方程和雷诺时均(N-S)方程,建立了适用于泵站前池的湍流模型。给定边界条件,通过Fluent,对前池的水力特性进行了数值模拟。计算模拟结果与水力模型试验吻合,前池运行时流态满足要求,无有害漩涡存在,为泵站的安全运行提供了依据,同时也为类似雨水泵站的设计和运行提供一定的参考。     

脱模剂喷涂喷嘴数值模拟及雾化特性研究

为了找到喷嘴最佳喷涂工况下喷雾的粒径和粒速,通过数值分析和试验分别进行了研究论证。首先利用Fluent软件搭建了简化的雾化喷嘴模型,研究了喷雾连续相时雾化气体速度和离散相时喷雾粒径的分布情况。其次,搭建了喷雾试验台并进行喷雾试验。仿真和试验结果表明:雾化气体速度在轴线方向随距离增大而明显减小,在径向方向上呈正态分布;雾化粒径随着雾化气压的增大逐渐减小,但却随着雾化液压的增大而增大。     

Venlo型温室风荷载特性数值模拟研究

风荷载是对温室结构影响最大、存在最为普遍的可变荷载,不同布置形式的Venlo型温室对风荷载的敏感程度存在差异。为全面掌握其表面风荷载分布规律,基于CFD计算平台,选取Realizable k-ε湍流模型和B类地貌作为研究的共同基础,对跨度分别为1跨、3连跨、5连跨和10连跨的Venlo型温室在0°,30°,60°和90°不同风向角情况下的表面风压分布情况进行数值模拟计算,求得相应的风压系数。结果表明:相同风力条件下,风向、跨度不同,温室表面风压分布也各不同;其中,单跨和斜风布置为最不利的布置形式。模拟计算结果为Venlo型温室设计时风荷载取值提供了参考,并提出最优布置形式。     

梭锥管与普通装置内水沙两相流场特性数值模拟

文章采用层流方程和简化的多相流Mixture模型,针对结构尺寸相同的普通装置和梭锥管进行了浑水质量浓度为5kg/m3的泥沙静水沉降的数值模拟,并将计算结果与PIV测量结果进行对比,计算结果与实测结果吻合较好。详细分析了两装置内速度场、浓度场的特点及区别。结果表明,在梭锥管内,泥沙通道中心断面上泥沙的速度是普通装置内的5-6倍;在相邻锥圈间形成了沿锥圈上表面向下和沿锥圈下表面向上的环流。在普通装置内,泥沙始终沿重力方向竖直向下沉降,泥沙浓度分布比较均匀,速度较小。与普通装置相比,泥沙在梭锥管中沉降的速度较快,且特有的结构—锥圈,改变了泥沙的沉降方向,缩短了沉降距离,增加了沉降面积,使梭锥管内的水沙分离效果更明显。因此,为了提高梭锥管内水沙分离的效率,可以适当增加梭锥管内的锥圈数量以增强其水沙分离性能。     

轴流泵空蚀特性的数值模拟

轴流泵的空蚀现象一直是国内外前沿学科研究的重点。基于不可压牛顿流体的控制方程和标准 双方程湍流模型,应用SIMPLEC算法,对立式轴流泵装置全流道流动进行数值模拟。通过与现场测试数据对比验证计算模型的正确性。在此基础上,运用两相流混合模型对轴流泵空蚀现象进行初步数值模拟。计算得到初生空化时叶轮内部的空泡产生位置以及其他特性参量的分布。通过分析验证了运用两相混合模型对空蚀现象进行数值模拟的可行性,为今后的相关研究提供了依据和参考。     

轿车气动特性数值模拟与分析

利用CATIA软件建立轿车车身的三维模型,在ANSYS Workbench软件中建立其有限元模型,在FLUENT软件中,采用Realizable k-ε湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,并根据数值模拟的结果对该款车的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车尾部添加扰流板,并对扰流板与地面的夹角进行优化。仿真结果表明,当扰流板与地面的夹角为15.2°时产生了负升力,同时添加扰流板后,减弱了该车尾部的涡流,即降低了空气阻力,从而获得较好的空气动力学特性。