小型闸站式侧向泵站进水流态数值模拟研究

基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,开展了某小型闸站式侧向进水泵站进水流态的数值模拟研究,并针对原方案进水池内存在的不良流态提出了3种不同的整流措施,观察了各进水池流态,分析了进水池泵前纵剖面轴向速度分布均匀度、速度加权平均角和轴向平均流速.计算结果表明:原方案下,1#—3#进水池存在大范围的回流区,回流区由进水...     

河道水流三维数值模拟研究与发展

河道水流的流态往往非常复杂。在设计水利设施的过程中,应综合考虑验证建造河道的水力因素,因此无法采用单纯的水力设计计算,需进行相应的物理试验来测定水利设施的合理性。随着计算机技术的不断提升,数值模拟技术得到飞速发展,数值模拟技术也逐渐被应用到水利工程中,由于数值模拟的准确性及便利性,数值模拟在水利工程领域变得愈加重要。该文详细阐述水流三维数值模拟的研究发展过程,总结水流模拟的优势和弊端,为数值模拟的发展提供参考依据。      

糯扎渡水库一维水流水质数值模拟

建立了河道型水库一维水流水质数学模型，并将该模型用于糯扎渡水库水质预测中，预测了糯扎渡水库各典型年的BOD、DO指标，表明糯扎渡水库建成后水质状况良好。     

钟形进水流道试验及数值模拟

结合南水北调东线某泵站钟形进水流道的设计,设计和制作了3种不同形状吸水室模型流道并进行水工试验,测试了流道水力损失。采用雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,运用SIMPLER算法,在均匀入流与偏移入流两种进水条件下对各种吸水室流道内流场进行了三维湍流数值模拟。试验和数值分析结果表明:采用"ω"形后壁吸水室钟形进水流道在不同进水条件下均具有良好的水力性能,水力损失小,流道出口断面速度加权平均入流角接近90°,是钟形进水流道理想的吸水室形状。     

南迪普火电厂循环水泵站进水流道水流特性三维数值模拟

电厂循环水泵站进水流槽的水流特性对水泵的工作状况和安全运行有着极其重要的影响。本文以k—ε湍流模型封闭Reynolds方程,采用VOF法追踪自由表面及SIMPLE算法求解方程组,对南迪普火电厂循环泵站进水流槽进行了三维数值模拟。结果表明,吸水室水流平稳,流速分布基本均匀、对称,流道内水面线及吸水室中流速分布与实测值吻合良好;吸水喇叭口与吸水管中水流平顺,流速分布均匀、对称。本文以物理试验验证数值模拟,使得数值模拟值真实、可靠,进而详细地分析了喇叭口及吸水管的水流特性,对电厂循环水泵站进水流槽的设计有一定的参考作用。     

泵站钟形进水流道试验与数值模拟

制作了泵站钟形进水流道水力模型,测试了其水力损失．采用了雷诺方程（RANS）和标准 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,揭示了流道特征断面的速度分布规律．分析比较了各方案的数值计算与试验结果,提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。     

TCC控制下的渠道水流数值模拟研究

青铜峡灌区建立了全国首个全渠道控制系统(简称TCC)示范区,TCC通过测控一体闸控制水位流量,运行调度过程中渠系产生非恒定非均匀流。本文应用圣维南方程组模拟渠道水位流量过程,应用普列斯曼有限差分法离散方程组,采用牛顿-拉普森迭代法求解非恒定非均匀流的代数方程组。针对U形渠道进行了水流过程的数值计算,验证结果表明,圣维南方程组及牛顿-拉普森迭代法适用于测控一体闸的水流模拟,水位和流量的计算结果与实测值误差较小。研究结果为建立测控一体闸的控制模式提供依据。     

虹吸式出水流道虹吸形成过程数值模拟

应用RNG k-ε湍流模型及SIMPLEC算法,对虹吸式出水流道内的充水过程进行数值计算.采用VOF方法追踪自由表面,模拟流道内水气交界面的演化发展过程,再现了虹吸形成过程,分析了真空破坏阀处的流量变化情况,确定了关阀时间.数值计算结果表明,虹吸式出水流道在充水过程中,流道内空气从驼峰处的真空破坏阀中排出,水流逐渐充满流道上升段并到达驼峰处,在驼峰处分为两部分,小部分会从真空破坏阀流出,其余大部分沿着流道下降段下壁面流向出水口;在此过程中,真空破坏阀经历了排气-吸气-排气-吸气-排气-吸气的反复转换过程;当充水到一定时间后,真空破坏阀不再排出空气而是变为吸入空气;根据真空破坏阀的排气吸气过程可以确定关闭真空破坏阀的合适时间;阀门关闭后,驼峰处可以很快形成负压,产生虹吸现象,但是流道内残存的空气要经历很长时间才能完全排出.     

非稳定边界条件下地下水流场数值模拟

地下水流数值模拟的目标是复制和再现实际地下水流状态。非稳定边界是指,模拟流场和外部环境通过它进行的物质、能量和信息交换具有重要影响且该交换规律难以准确刻画的边界。对于潜水含水层平面二维非稳定流,边界的非稳定性集中体现在水力坡度和含水层厚度上,可以借助迭代法实现模拟,应用该方法成败的关键在于相邻二时段边界渗流量的差值是否满足精度要求。给出非稳定边界条件下地下水流场数值模拟实例,并综合采用水位拟合、水量均衡和流场分析等方法对模拟结果进行识别和验证。     

阶梯溢流坝水流数值模拟及消能分析

利用k-ε紊流模型模拟了带有曲线自由表面的阶梯溢流坝和非阶梯溢流坝的紊流流场,采用流体体积分数法(VOF法)来确定自由表面。通过数值模拟,得到了2种溢流坝水流的较为合理的速度场,比较了二者的消能效果。模拟结果表明,阶梯溢流坝消能效果更好,阶梯溢流坝的消能率比非阶梯溢流坝的消能率高约17%。     

WES堰下泄水流噪声试验数值模拟分析

原先的试验以物理模型为基础,布置模型的测点,利用EZ-Analyst噪声与振动分析软件和数据统计软件,得出一定结论,但是试验存在一定的局限性。本研究将计算流体力学与计算声学相联系,对WES堰的消力池水噪声场进行模拟。借助已完成的物理模型成果,选取3种已完成的WES堰物理模型试验的工况进行数值模拟,通过建立模型,设置CFD边界条件,得到了WES堰模型的水位流态、流速、噪声值的模拟结果。计算结果与物理模型试验结果基本吻合。     

GMS在团结镇地下水流数值模拟中的应用

利用GMS(groundwater modeling system)软件包中的MODFLOW模块建立哈尔滨市团结镇地区地下水流模型,通过对模型的识别、验证确定该模型的各类参数,并对该地区地下水位进行预报,预报时段至2020年1月1日。利用MATLAB工具将导出的预测数据绘制出该地区的地下水初始水位与预报水位三维等值线对比图。根据研究区域地下水三维等值线图对比图可知:初始水位较高的地区预测出的地下水位与初始水位相比有所下降;初始水位较低的地区预测出的地下水位与初始水位相比有所上升。通过三维等值线对比图可以清晰地看出地下水位的变化趋势。     

基于数值模拟的闸站结合布置优化设计

平原闸站枢纽工程采用水闸泵站结合布置方式,具有布置紧凑、占地少等优点,但同时亦存在局部回流和强横流等不利流态.选取新沟河延伸拓浚工程遥观北枢纽闸站结合布置方案为例,采用二维水流数模计算方法,对闸站结合布置进行优化设计,论证闸站工程总体布置的合理性以及船舶通航的安全性,并提出优化方案.研究结果表明：为了减轻偏流等不利流态及满足通航要求,闸、站上下游以导流墙（导航墙）相隔是合适的,导流墙的设置可使回流区上移,且导流墙长度的增加可降低横流区横向流速;闸站结合布置形式中,泵站进水侧布置清污机桥,一方面可清除污物,提高泵站效率和机组运行的稳定性,另一方面,清污机墩可改善站前水流流态.研究成果可为类似工程设计提供参考依据.     

河套灌区解放闸灌域地下水数值模拟

应用MODFLOW软件,模拟分析了解放闸灌域地下水动态的变化特征,模拟结果表明河套灌区引黄水量减小到40亿m3后,在现有耗水结构条件下,解放闸灌域地下水位6年后的降幅为0.5 m左右,而12年后降幅为1m左右,且下降主要发生在中部和东北部地区,南部相对较小.为解放闸灌域治理土壤盐碱化,合理利用地下水资源提供重要的参考依据.     

大型泵闸进出水池流态数值模拟

泵闸枢纽工程是解决城市排水问题的有效途径之一。结合上海朱泖河泵闸工程,针对因结构布置上要满足该泵闸运行条件而产生的较复杂的水流问题,采用三维有限元计算手段模拟了泵闸运行时进出水池的水流状况,与模型试验结果进行对比,数值模拟结论与模型试验结果相符,并提出改善措施解决了因导流隔墙绕流现象导致的进水池水流不均问题。     

水流在土壤大孔隙中运动的数值模拟

精确描述水流在土壤中的运动需要能够反映土壤物理特性的模型。将土壤介质在空间上分为基质区与大孔隙区2种介质区,把大孔隙看作竖直向下的管道,并利用土壤大孔隙密度概念,把杂乱无章的大孔隙分布进行了简化,同时采用不同的方法分别对2种不同介质内的水流进行了模拟,在算例计算时又采用了区域分解算法,提高了计算效率。通过模拟结果的对比可以看出,采用的模型及方法较好地描述出了大孔隙流的特点。     

水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟

针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.     

基于CFD的水草收割台水流流场数值模拟

目前,水草污染对环境造成严重影响,针对滩涂深水水草难以收割的问题,设计了一种水草水下收割台。为了研究割台水下作业时内部水流与水草的流动规律,应用Fluent软件中的Eulerian多相流与Realizable k-ε湍流模型进行液固两相流三维数值模拟,分析了在不同的搅龙转速、搅龙螺旋叶片圈数、搅龙滚筒直径参数影响下割台体内水流与水草的速度分布。结果表明:在搅龙转速为90r/min,两侧螺旋叶片分别为3片、螺距360mm、搅龙滚筒直径为200mm时,水草收割台的水流流场与水草流动更为稳定、流畅,模拟结果较好地反映了割台内流体的运动过程,为割台的结构优化提供了一定的理论依据。     

植被作用下明渠交汇水流特性数值模拟研究

水流交汇现象普遍存在于天然河网系统和水利工程中,其水流特性研究对河道治理、美化城市水环境等具有重要意义。利用Mike21FM模型对明渠交汇水流进行数值模拟,并采用水槽试验对该模型进行了验证,最后分析了明渠直角交汇水流在不同汇流比情况下及植被影响下的水流特性。结果表明,汇流比越大,交汇口上游水位越高,下游水位波动越大,主渠高流速区偏向交汇口对侧,低流速区位置到交汇口上游角的距离有所增加,同时分离区中心的流速减小。植被的存在使交汇口上游和下游水位均有抬升,且对分离区内的水位影响较大,同时,支渠流速偏转起始位置距交汇口距离较无植被时有所增加。     

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。