【目的】推求双曲线型薄壁堰堰流的基本方程式,确定双曲线型薄壁堰的流量系数,为实际工程中流量的控制和测量提供参考。【方法】根据双曲线构建了双曲线型薄壁堰,通过能量方程式推导其流量的计算公式;数值模拟了4种不同堰顶水头的过流能力,根据模拟的流量数据利用最小二乘法拟合流量与堰顶水头的关系式,与理论推求的堰流基本公式相结合确定双曲线型薄壁堰的流量系数,辅以RNGk-ε湍流模型数值求解气液两相流时均方程;使用半隐式SIMPLE(Semi-implicit method for pressure-linked equations)算法求解速度与压力耦合方程组,并用VOF(Volume of fluid)法模拟自由水面。【结果】理论公式计算的流量与数值模拟的流量相差甚微,相对误差在0.3%以内,证明本研究推求公式正确。【结论】双曲线型薄壁堰的流量与堰顶水头成正比关系,该关系为流量的控制和测量提供了便利。
采用气液两相流模型结合RNG k-ε紊流模型(FLUENT 6.3)对60°弯道内布设丁坝时的水力特性进行了数值模拟,自由液面的捕捉采用VOF(Volume of Fluid)法,速度与压力的耦合方程组利用半隐式SIMPLE(Semiimplicit Method for Pressure-linked Equations)算法求解,控制方程采用有限体积法离散。将弯道内布设直丁坝时流速和水位的模拟结果与试验数据进行了比较,两者吻合较好。随后用该模型研究了T型丁坝对弯道水力特性的影响并与直丁坝进行了比较,结果表明:T型丁坝在调整水面横比降、减小坝后回流区长度、改善弯道水流流态等方面较直丁坝有明显优势。
采用FLUENT6.3.26软件求解气液两相流,VOF(volume of fluid)法捕捉自由液面,气液两相流时均方程的求解应用标准湍流模型,速度与压力耦合方程组的求解应用半隐式算法。分析比较了氧化沟内各测线上流速沿水深方向的变化规律,将模拟结果与实验数据进行比较分析,得出两者有很好的一致性,从而验证了所选数值模型的正确性。为进一步研究氧化沟内部的流场结构和优化氧化沟的体型设计提供了参考依据。
采用FLUENT6.3软件对搅拌器内的气液流动进行了数值模拟。自由液面的捕捉采用VOF(volume of fluid)方法,利用RNG k-ε紊流模型使气液两相流时均方程组封闭,速度与压力的耦合方程组利用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法结合多参考系法求解,对单层涡轮在不同安装高度时搅拌槽内的流场结构、含气率分布、混合时间及功率准数进行了研究。模拟结果表明:在通气量和转速一定的情况下,转轮安装高度在中间位置时搅拌槽内含气率最高,混合时间最小,槽内液体的平均速度最大,更有利于搅拌槽内气液两相之间的混掺,随着安装高度的增加搅拌槽所消耗的功率准数减小。
为了解决明渠水流交汇口河道冲刷、泥沙沉淤、污染物滞留等问题,必须探明其水力特性的分布规律.采用气液两相流混合模型,对不同汇流比下90°明渠交汇口三维水力特性进行数值模拟研究.分别选取大涡模拟模型(LES)和RNGk-ε模型封闭两相流时均方程,速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用VOF(Volume of Fluid)法.将汇流比为0.25时两种模型计算的纵向截面水面线与实验结果相比较,得出大涡模型结合VOF法能更好地捕捉交汇口水面的波动情况;将大涡模型计算的不同垂直线上的速度分布与实验结果相比较,两者吻合良好.通过比较两种模型计算的特征横断面上的流线图,得出大涡模型能更好地捕获水流瞬时流动特性,动态再现二次流动结构,且大涡模型能够更好地模拟交汇口附近水力特性分布规律.
采用VOF(volume of fluid)方法追踪自由液面,辅以RNG(重正化群)k??湍流模型封闭两相流时均方程,模拟并分析了进水口处垂直挡板不同长度对辐流式沉淀池水力特性的影响。控制方程的离散采用有限体积法,速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。研究结果表明:长挡板模型的回流区比短挡板小,流速场分布更合理,有利于提高沉淀效率。研究结果可为实际工程中沉淀池的优化设计提供参考。
