梯形薄壁堰流量规律数值模拟研究

旨在用数值模拟方法推求计算梯型薄壁堰堰流的简化公式。通过推求梯型薄壁堰堰流的基本理论公式,并求解气液两相流时均方程,辅以RNG k-ε湍流模型模拟了5种不同堰顶水头下梯形薄壁堰的过流能力。用SIMPLE算法对模拟体系中的压力与速度的耦合进行求解,同时用VOF法对自由水面的流动变化信息进行捕捉;进而通过最小二乘法的拟合得到模拟的流量值随堰顶水头变化的简化计算式,采用此公式计算了梯形薄壁堰在不同堰顶水头时的过流流量,与所推基本理论公式的计算值相比结果基本一致,可为实际工程中流量的控制和测量提供参考。     

弯道水流二维浅水模型的修正研究

借鉴有关弯道水流流速分布的研究成果,计入深度平均流速与真实流流速分布差值引起的扩散效应,在正交曲线坐标系下建立了平面二维浅水模型.采用以标准κ-ε模型为基础的曲率效应修正紊流模型模拟紊动应力项,在一定程度上考虑了流线弯曲水流紊动应力的各向异性.应用控制体积法和交错网格法离散方程,并用SIMPLEC算法求解离散方程;同时采用修正后的模型对90°弯道水流进行了数值模拟,并与原模型的计算结果及实测资料进行了比较,结果表明该模型能够有效地模拟流线弯曲水流的水力特性.     

平流式沉淀池液固两相流力学特性的立面二维数值模拟

采用双流体模型,选取RNG k-?紊流模型封闭双流体两相流时均方程,对平流式二次沉淀池液固两相流力学特性进行立面二维数值模拟。采用有限体积法求解双流体微分方程;紊动能、紊动能耗散率方程均采用Quick离散格式;耦合求解速度与压力时使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。通过模拟表明:水流经过挡板后,底部是急剧扩散的主流,流速大,上部是回流;流速沿流程逐渐减小,到中部近似均匀流;出口附近水流收缩流出,流速变大。进水口附近紊动动能较大,而后紊动动能沿流程逐渐减小,在出水口附近,由于流速的增大紊动动能也随之增大。将模拟值与实测值进行了对比分析发现,流速的最大误差为10%,出口悬浮物相对浓度的最大误差为15%。这表明该模型能够较好地模拟沉淀池中的水力特性分布规律,对沉淀池的设计具有一定的参考价值。     

正交曲线坐标系下紊流数学模型的曲率修正

考虑弯曲边界曲率效应对水流水力特性的影响,建立了正交曲线坐标系下的素流数学模型。通过计算实例说明,该数学模型能够很好地帷有复杂边界的流线弯曲水流的水力特性。     

曲线坐标系下平面二维浅水模型的修正与应用

借鉴有关弯道水流流速分布的研究成果,计入弯道环流引起的横向的动量交换,对曲线坐标系平面二维浅水方程做了修正;采用边界处正交的曲线网格生成技术,处理复杂的计算区域边界。采用修正后的模型对90°弯道水流进行了数值模拟,并与原模型的计算结果及实测资料进行了比较,结果表明该模型能够有效地模拟流线弯曲的复杂水流的水力特性。     

一维溃坝洪水波的高精度数值模拟

将ENO(Essentially Non-Oscillatory)格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于一维Saint-Venant方程组的求解,数值模拟溃坝洪水,得出了水位和流速的沿程分布。经与理论解比较可见,数值解在间断波附近没有出现数值振荡,水位和流速大小均符合较好,表明ENO格式是一类新的高精度无振荡差分格式,采用ENO格式所建立的高分辨率模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程。     

齿墩与消力池联合消能机理分析

齿墩与消力池联合消能可用附加射流水跃理论分析 ,用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数 ,估计新增消能设施的经济效益 ,并通过模型试验验证消能的理论分析 ,计算新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明 ,采用齿墩设施 ,可增进消力池的消能作用 ,并取得显著的经济效益 ,达到附加射流水跃理论所预期的效果     

边界处正交的曲线网格生成技术合理调节因子选取的研究

指出了 Thompson的曲线网格生成方法中调节因子的问题所在 ;借助于势流理论中的流线与势线正交的物理机理 ,导出了一种新的调节因子的表达式 ,并给出了曲线网格生成实例。实例检验表明 ,该调节因子能够对复杂边界的单连通域或多连通域的水域生成理想的曲线网格 ,即边界处网格正交 ,内部网格分布能够适应物理量场的变化情形。     

氧化沟推流转轮速度对水流回流长度影响的数值模拟研究

氧化沟水下推流转轮是氧化沟中水流运动最主要的动力来源,转轮转速的大小对沟道内水流的流速以及流场结构有着重要的影响。在本文中湍流模型选用Realizable k-ε模型,并结合气液两相流模型,对氧化沟水力特性进行三维数值模拟,研究了转轮转速大小对氧化沟内直道段回流长度的影响。压力与速度的耦合采用SIMPLE算法,模拟自由水面采用了VOF(volume of fluid)法,采用了量纲分析法得到了在单一量变化时回流区长度与转速之间的关系式,并用数值模拟结果确定了各系数。该成果可为氧化沟工艺的运行与设计提供依据。     

梯形断面明渠丁坝绕流水力特性三维数值模拟

采用两相流混合模型,并选取RNG k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠非淹没式丁坝绕流水力特性进行了三维数值模拟。采用有限体积法离散计算区域,求解速度与压力耦合方程组时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面时采用了VOF(Volume of Fluid)法。对丁坝后不同的回流长度进行了分析比较,并将模拟结果与实测资料进行了对比验证,结果表明两者吻合较好,相对误差小于8%,说明该模型能够很好地模拟明渠丁坝绕流的水力特性分布规律。