堵口组件对瞬时溃坝溃口水流影响的三维数值模拟

为了探究堵口组件对瞬时溃坝溃口水流水力特性的影响,本文基于FLOW-3D软件、采用RNG k-?模型和VOF表面追踪法建立了矩形障碍物瞬时溃坝三维数值模型,模拟结果与相关文献的计算结果一致,从而验证了模型的正确性。在此基础之上建立了有无堵口组件及堵口组件摆放规则不同时的瞬时溃坝三维数值模型,对比分析了8种不同工况下的溃口水流流量、水位和水流流速的变化规律。     

MPS方法在细长河道中溃坝流动的应用研究

溃坝问题是我国防灾减灾工作中的一个突出问题.溃坝发生时,会对下游的结构物产生剧烈的砰击作用,并伴随着自由液面的翻卷、破碎等强非线性现象.对这种短时间的自由面强非线性变化,基于网格的计算流体方法往往需要一些特殊的数值处理.文中采用本课题组自主开发的无网格粒子法求解器MLParticle-SJTU对二维带斜坡、三维带90°急弯的溃坝问题进行了模拟.研究了溃坝流的自由面演化,分析了溃坝流遭遇斜坡障碍物的复杂流动现象,并记录下监测点的波高时间历程.通过MPS的数值模拟结果与试验数据进行对比,两者吻合较好.     

新型防波堤消浪特性数值模型的建立与验证

为探究新型圆弧护面透空式防波堤的水动力特性,建立三维数值波浪水槽,对其开展模拟研究工作。本文从模型的建立、自由面追踪技术和方程的离散求解等方面对数学模型进行了详细的阐述,利用实验数据对计算结果进行了验证,验证结果表明,该数值模拟方法的计算结果与实验数据有很好的相关性,证明本文构建的数值模型可以用于防波堤的波浪结构特点分析和附近的流场计算研究。     

后台阶下游水流泥沙运动模拟研究

利用计算流体力学软件OpenFOAM和离散元软件LIGGGHTS建立的水流-泥沙运动耦合模型对后台阶下游三维水流流动及泥沙的起动和输运进行了数值模拟。结果表明,动态一方程紊流模型能较好模拟台阶下游时均流场、紊动强度以及雷诺应力的分布,通过耦合模型计算得到的台阶下游泥沙起动概率以及床面输沙率分布与实验结果符合较好。计算结果揭示在台阶下游复杂水流条件下,紊流结构及涡旋运动对泥沙起动有重要作用,而时均流动对床面输沙起关键作用。     

应用弱可压缩移动粒子半隐式法（WC-MPS）模拟三维溃坝流动

应用弱可压缩移动粒子半隐式法（WC-MPS）模拟了三维溃坝自由液面流动问题。该方法应用流体状态方程来快速求解流场压力,而不是求解压力Poisson方程。对于流动控制方程中的梯度项以及Laplace算子项,分别应用基于核函数加权平均的梯度算子模型以及Laplace算子模型进行处理。同时在固体边界处,通过定义边界粒子以及虚拟粒子来避免粒子数密度计算在边界处出现错误。应用该方法,对两个三维溃坝自由液面流动问题进行了模拟,并与实验结果进行了对比分析,表明两者结果较为一致。     

复杂水流环境下系泊船的水动力特性研究

为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性,利用CFD软件STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟,通过求解RANS方程和Realizable k-ε湍流模型获得船舶水流作用力.在无波浪定常流作用下,系泊船姿态最终保持稳定,可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化.在完成网格无关性和数值模型合理性研究...     

明渠弯道水流三维数值模拟*

采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组,其中动量方程的雷诺应力项用k-ω涡黏紊流模型求解,结合VOF方法跟踪自由水面,运用Fluent软件模拟了明渠180°弯道水流的三维特性。通过将数值模拟的水位结果与试验资料进行比较,表明数值模拟能够有效地预测弯道水面高度的变化范围以及水面横比降的主要影响范围;同时分析了弯道水流不同水深的平面流场和典型断面弯道环流分布。     

溃坝流动的有限元数值模拟

利用有限元(FEM)、大涡模拟(LES)和流体体积法(VOF)对溃坝流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比.结果表明,该方法能够准确模拟出溃坝过程的水流运动情况.由于该数值模型是基于有限元方法,因此对复杂边界具有较强的适应能力;文中对自由表面的模拟采用CLEAR-VOF进行捕捉和重构,使得非结构化网格可以应用到自由表面问题的数值模拟中;同时大涡模拟也被集成到该模型中,这为处理复杂湍流流动问题提供了更为可靠的保证.本文的工作为进一步研究复杂边界条件下带有自由表面的湍流流动问题奠定了基础.     

潜艇操纵性水动力系数预报方法研究

本文基于CFD技术求解RANS方程,数值模拟了SUBOFF模型的拘束模试验,首先数值模拟了SUBOFF模型的斜航实验,获得的粘性类水动力系数与试验值吻合良好,然后数值模拟了SUBOFF模型的PMM试验,计算获得的惯性类水动力系数精度较好,满足工程应用要求,而得到的粘性类水动力系数误差稍大于斜航实验结果,粘性类水动力系数通过数值模拟斜航实验获取可信度更高,该方法可以作为预报分析潜艇操纵性能主要水动力系数的方法。     

墩柱绕流水动力特性实验和大涡模拟研究

利用水槽实验对浅水环境中大直径墩柱绕流的三维水流结构进行研究,基于粒子图像测速技术(PIV)测量了墩柱周围瞬时流速分布;另外基本有限体积法建立不可压缩粘性流体三维运动数学模型,采用Smagorinsky-Lilly亚格子模型,对雷诺数为6 000墩柱绕流湍流结构进行大涡数值模拟(LES)。研究结果表明,数值模拟流速分布整体与实验吻合较好,墩柱绕流结构存在明显的垂向变化,近底约10%水深范围内脱涡结构受到床面抑制,卡门涡街发展不充分。对墩柱绕流三维水动力特性的研究将为墩桩冲刷分析和水流荷载计算提供依据。     

枢纽船闸引航道口门区三维水流数值模拟应用研究*

基于平面曲线坐标系、垂向σ坐标系建立了三维水流数学模型。采用控制体积法离散基本方程、交错网格以避免压力的振荡、动水压力校正法进行数值求解。分别采用经典急弯河段水槽试验资料、土谷塘物理模型试验资料对模型进行了验证。验证结果表明,模型能较好地反映弯曲河段三维水流结构特征和船闸引航道口门区的通航水流条件,可为枢纽船闸工程的平面布置方案论证提供技术支撑。     

小溪滩枢纽下游导流堤布置及形式优化

针对小溪滩电站建成后枢纽调度、人工采砂等因素引起枢纽下游河道水沙特征、河道水位和流量发生改变的问题,结合引航道导流堤工程布置,进行变化地形条件下的枢纽下游通航水流条件分析与复核研究。采用数值模拟的方法,建立枢纽下游二维水动力数值模拟模型,对导流堤布置形式、尺寸参数等进行优化,通过多方案数值计算和成果对比分析,提出枢纽下游引航道导流堤建议布置方案,既满足变化地形条件下的通航水流条件要求,又降低了原设计方案对河道行洪能力的影响。     

带推力矢量喷管导弹水下发射的流动数值模拟

提出了一种带推力矢量喷管导弹水下发射的三维流体动力数值模拟方法.三维气流场计算基于贴体坐标下欧拉方程,采用NND方法进行数值离散.三维水流场则采用基于势流理论的Hess-Smith面无法.运用混合的欧拉一拉格朗日方法跟踪气、水界面的变化.水流场和气流场的耦合计算通过水气界面处压力和法向速度连续的匹配条件来实现.通过数值实验,研究了燃气泡的三维特征和喷管摆角对流体动力载荷的影响.     

大涡模拟在河道平面二维水流模拟中的初步应用

通过丁坝对水流进行控制是航道整治中常用的工程措施,丁坝附近水流呈强紊动特性,大涡模拟相对于基于雷诺方程的时均模型对涡旋有较强的捕捉能力。在直角坐标系的基础上,将大涡模拟中的亚格子应力模型(SGS模型)引入河道水流平面二维数学模型中,通过盒式滤波函数将控制方程进行滤波,大尺度量通过控制方程直接求解,小尺度量借助Smagorinsky提出的亚格子尺度应力模型进行求解。采用空间等步长的正方形网格和交替方向隐式差分法对其控制方程进行离散求解。将模型初步应用于非淹没丁坝绕流的数值模拟中,计算结果表明,该模型对湍流旋涡的捕捉和水深计算较为合理,计算精度可满足工程实践要求。     

单桩波浪破碎荷载的数值模拟研究

基于开源程序Open FOAM建立了三维波浪破碎数值模型,模型控制方程采用三维不可压缩粘性流体运动RANS方程,应用VOF方法捕捉自由表面,分别运用动量分布源方法、阻尼消波方法实现数值造波和消波,紊流模型选用RNG k-ε模型。利用所建立的三维波浪破碎数值模型模拟了破碎波对单桩结构物的作用力,并与物理模型实验数据进行对比分析。结果证明该模型可以较好地模拟近岸单桩结构物所受破碎波浪荷载。     

敞水舵水动力的数值模拟

直接用Euler/N-S方程求解水翼绕流的计算和设计问题,是目前这一领域研究的热点.在大型通用CFD商业软件FLUENT平台下,利用有限体积法和RNG湍流模型直接求解RANS方程对敞水舵流场进行了数值模拟,并计算了敞水舵水动力性能.利用SIMPLE算法求解,采用了二次迎风格式离散动量方程和离散湍流能量方程,所得结果和试验数据、实际情况进行比较,吻合性比较好,对于敞水舵的水动力性能研究和设计具有一定的参考价值.     

双壳油船底部破舱水下原油泄漏过程三维数值模拟

为研究双壳油船因搁浅或触礁导致底部破舱油品水下泄漏的过程,文中基于流体动力学理论,建立了双壳油船油舱三维数值模型,利用VOF模型表面跟踪方法对互不相容流体交界面液相流动问题进行了模拟,通过动态监测舱内油、水等运动特征对整个泄漏过程进行了阶段划分及特征分析,并将数值模拟结果与实验结果进行比较。比较结果表明：文中的三维数值模型能够比较准确地反映油品水下泄漏过程,可用于分析双层底内部流场特征。     

参数化船型的阻力计算

以KCS船型为研究对象,用FRIENDSHIP软件创建CFD数值计算所需的几何模型；将船舶阻力分为兴波阻力和粘性阻力两部分计算,兴波阻力通过基于势流理论方法求解Euler方程得到,粘性阻力根据对RANS方程的求解来获取；将计算结果与实验数据进行对比分析.结果表明该参数化模型适用于CFD数值模拟.     

河床变形计算方法的研究及其工程应用

根据泥沙交换原理,对河床变形计算方法进行了若干改进。采用有限体积法(SIMPLEC程式)对拟合坐标系下的水沙基本控制方程进行了离散,在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法。在北盘江坝油滩河道中对水位、水流流速以及河床冲淤等进行了验证计算及分析。数值实验表明,该模型能正确地模拟天然河道水流以及河床的冲刷、淤积过程。     

沿河公路丁坝群水毁防护平面二维水流数值模拟研究

从平面二维水动力学方程组出发,根据有限元Galerkin加权余量法离散模型方程组,并利用Newton-Raphson迭代法求解,建立丁坝绕流平面二维水流数学模型。利用水槽试验数据对模型进行了验证,模型计算结果与实测值吻合良好。将模型应用到河龙高速清溪河段水毁防护工程,对丁坝群护岸进行了模拟分析,结果表明,该模型在丁坝群护岸工程的水流模拟中具有推广价值。