水电工程3D水动力计算模型.pdf

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1、2015年3月水利水电快报EWRHI第36卷第3期文章编号：1006-0081(2015)03-0030-03水电工程3D水动力计算模型[巴西]D．D．巴普蒂斯塔德索萨等摘要：运用计算工具解决水利工程问题变得越来越普遍。在现有的数字模型中，3D建模需要更强大的计算能力，并更加细心，它可以解决以前要靠物理模型来解决的复杂和非常规问题。介绍了作者在使用Flow3D软件对水电站工程中水工建筑物进行建模并模拟水流态方面的一些经验。关键词：水力发电工程；水动力学；计算模型中图法分类号：TV131．2文献标志码：AFlow3D是美国一家公司开发的计算流体动力2Flow3D与其他模型的使用条件学(C

2、FD)软件，软件计算结果与采用有限体积法的流体动力微分方程(Navier—Stokes方程)数值解相2．1一维模型近。计算方法是将研究的空间区域用固定网格划分成离散体单元，每个离散体单元存储一定范围的平一维模型是流体分析最快且最简单的工具，一均值，如压力、密度、流速和温度等。些模型已被广泛接受，如美国陆军工程师团编制的精确的自由水面模拟可以通过提高流体体积HEC—RAS模型，常用于长河道水面和大模型的回(VOF)技术来实现，在Flow3D软件包中称为Tru—水计算，因此要计算出标准步骤(水能或回水方VOF。定位自由水面并确定其特定条件，这一数值技程)。但这种方法只适用于限定水头和流速的

3、条件术只能求解流体运动方程，很好地表征了流体的运动下，水头和流速在垂直方向和水流方向上变化很小。特性。另一个功能强大的相关技术为通度系数法另外，该模型仅可在流量逐渐变化的条件下使用。(FAVORTM)，它提供了各种复杂的几何体用来进行2．2二维与三维模型数值分析，这些几何体在水工建筑物结构中很常见。受计算时间和数据处理功率的限制，二维与三1模型校验维模型用于较小模型的计算分析，而建立模型需要更加细心，花费的时间也较长。计算机模拟流体的功能在迅速提升，计算机运二维模型能很好地代表浅水条件下的流态，此行能力的革新以及通过对比数值分析方法和实验方类模型使用平均深度特性，并假定垂直方向的流速法

4、所得出的经验使得数值模拟越来越可靠。但将液为零、水力梯度是静水条件下的梯度。体基本理论和代表液体物理性质的基本假定融会贯由于受计算时间和模拟复杂性的限制，三维模通，决定着数值模拟的可靠性，错误地使用和错误地型通常用于局部和小范围的水流流态。三维CFD理解数值模拟会导致错误的结果。因此，使用像模型可以消除一维和二维模型的很多限制，允许可Flow3D这样的软件建立数值模型，既需要安全性、压缩流、多相流建模，并具有其他物理建模选项和热可靠性，又需要丰富的实践经验。要获得这样的经力建模选项，在瞬变模拟方面也功能强大。验，就要与现有的分析模型、物理模型、一维／二维模2．3物理模型型结果进行比较或

5、者校验，也要研究已发表的学术文献，确认模拟的方法和结果。物理模型发展水平高，已被许多实际工程所证收稿日期：2015—01．07·30·2015年3月水利水电快报EWRHI第36卷第3期的颗粒物而言，沉降没有明显改变粒径分布。然而，物膜脱落的细胞和碎片组成，因为有机质的干密度对粒径大于105m的颗粒物而言，沉降却明显改小于来自废水的颗粒物。变了粒径分布，这和大颗粒物易于沉降而小颗粒物对MBBR反应器和对照反应器两者而言，粒径不易沉降是一致的。同时，粒径在235m和345小于105m的颗粒物的粒径分布在30min澄清过m的颗粒物大量增加，这应该是由于澄清过程中程后基本不会变化。同时，粒径大

6、于105m的颗粒径在100～225m或265～325m的颗粒物发粒物明显减少。MBBR出水中来自生物膜脱落碎片生凝聚的结果。的最大颗粒物大于对照反应器中的最大颗粒物，这如图3所示，MBBR出水中的最大颗粒物粒径会导致MBBR中颗粒物体积去除率高于对照反应增至345m，颗粒物粒径分布的峰值从废水中的45器。对MBBR反应器和对照反应器而言，都存在小m变化至出水中的215m。这种变化说明，具有颗粒物之间的相互作用(如凝聚作用)，导致MBBR硝化作用和曝气过程使粒径在200～250m的颗和对照反应器的出水中粒径较大固体颗粒物所占比粒物增多。其机理为：在MBBR的运行过程中，曝例远小于进水。气

7、系统导致的小颗粒物凝聚现象以及生物膜的脱落4结论碎片导致悬浮颗粒物粒径的增加。澄清过程完成后，大于75m的颗粒物粒径分布变化明显，其机研究了MBBR对废水处理效果及固体颗粒物理是大颗粒物易于沉降。同时，用TSS重量和总体分离，包括COD的去除及氨氮的硝化作用，固体颗积计算而得出的悬浮颗粒物密度也发生了变化。粒物的粒径分布和沉降性能的变化，得出如下结论：MBBR出水中悬浮固体的干密度为40—6Og／L，小(1)MBBR对COD的去除率达33％～5