flow-3d软件水利应用介绍3dhydraulics

FLOW-3D®

水利工程应用FLOW-3DChina大纲简介FLOWScienceFLOW-3D公司历史FLOW-3D的流体仿真应用实例说明FlowScience

“ImprovingtheWorldThroughAccurateFlowModeling”开发，行销以及提供

FLOW-3D

（计算流体力学）軟件的技术支持。提供专业的计算流体力学（ComputationalFluidDynamics

）工程技术服务以及客制化解决方案。FLOW-3DFLOW-3D

是一套综合性，多用途的计算流体力学软件，可以广泛的应用于各种流体流动以及热传问题的求解上。仿真求解的优势在电脑的计算求解下，设计人员可测试多项工程上之设计变更以及得到合适的结果。

测试设计方案以及事前找出设计缺陷。

比较多种设计方案之优劣。

减少水工模型制作所需要花费的时间及金钱。FLOW-3D®

的优点自由液面（freesurface）仿真之高精确度。在FAVORTM

与

Multi-Block网格建立的技术下，可快速完成方案设定。强大的物理模型仿真能力。完整的技术支持资料（包含各类方程式以及设定项目）。公司历史1980年，由Dr.C.W.“Tony”Hirt

于LosAlamos,新墨西哥州成立。

Dr.C.W.“Tony”Hirt

是应用于自由液面追踪的Volume-of-Fluid(VOF)方法的开发者（于LosAlamos国家实验室时开发完成）。早期工作主要以工程服务为主。1985年正式释出商业版本的FLOW-3D软件。2008年于中国上海成立FLOW-3D中国分公司，对中国地区的广大用户提供最即时的技术支持。FlowScience’sofficeinSantaFe,NMFLOW-3DChina

上海市浦东新区浦东大道138号15楼G室

FLOW-3D®

在水利工程上的應用水力工程水力发电厂设计冲刷效应(桥梁,桥墩)沉降池洪水与侵蚀控制鱼梯设计河流生态修复堰体设计ParshallFlumes

帕歇尔水槽水跃现象

涵閘工程环境工程海水养殖环境污染/扩散潮汐/河口效应影响轻水池设计（取水泵）沉积物处理分析分离器混合釜

过滤沉淀池

淤泥池Hydraulicsphysicalmodel沉积物冲刷模型（SedimentScourModel）

卷气模型（AirEntrainmentModel）浅水模型（ShallowWaterFlowsModel）粒子动力学模型（ParticleDynamicsModel）沉积物冲刷模型冲刷模型假设根据经验参数设定冲刷率可根据实验结果进行调整悬浮沈积模型假设

漂移,沈淀以及重新悬浮SedimentScourModel

桥墩周边的侵蚀现象FLOW-3D®modeloflab-scaleerosionofsedimentaroundabridgepierpieris10cmindiameterfluidflowis60cm/s2-Dcross-sectionthroughmiddleofchannelafter10min3-DanimationofpackedbedinterfaceSedimentscourmodelinFLOW-3DCriticalShieldsParameter–fromliteratureMeanparticlediameterParticledensityScourerosionparameter–controlsrateoferosionCriticalpackingfraction–volumefractioninpackedstateCohesivepackingfraction–vol.fract.atwhichparticlesinteractDragfactor–raiseforirregularobjectsAngleofrepose–controlsmax.stableslope浅水模型的应用大尺寸的流场问题在以3D分析时往往耗日费时执行时间可能相当久

(数周)电脑内存大小限制了分析模型的网格上限浅水

(又称为

平均深度)模型

2½Dmodel垂直方向的数据采用『平均单一数值』计算可大幅减少内存需求如果垂直方向运动不可忽略，此模型就不能使用Application卷气模型FLOW-3D®

卷气模型可应用於

turbulent

以及

laminarmechanisms卷气模型可应用於哪些领域?污水处理厂中，必须导入足够的空气让微生物生存并且消化有机物河流中必须有足够的卷气量才能让鱼群正常的生存水力发电厂的溢流道下游必须有足够的卷气量，才能减少水流对溢流道的冲击粒子模型两种应用方式

沉积物/颗粒离散

(Particles)连续

(Scalar)Method–Sediment/ScourModel粒子选项追踪粒子（粒子不含质量,MarkerParticle）流体的运动影响例子的运动（单向耦合）质量粒子流体的运动影响例子的运动（单向耦合）流体的运动会影响粒子，而粒子同时也会影响流体运动（双向耦合）FLOW-3D

流体仿真液滴聚合（2D）-两相流FLOW-3D

流体仿真双流体搅拌（2D）FLOW-3D

流体仿真FlattypeGate（3D）FLOW-3D®Division,SEACORPORATION(Japan)FLOW-3D

流体仿真微流体（MicroFluid）＋Particle（3D）FLOW-3D

流体仿真FLOW-3D

流体仿真FLOW-3D流体仿真FLOW-3D

流体仿真FLOW-3D

流体仿真流体搅拌（3D）FLOW-3D

流体仿真FLOW-3D

流体仿真船舶运动（3D）FLOW-3D

流体仿真FLOW-3D

流体仿真通过溢流道的树干（3D）案例一、

哥伦比亚河水力发电厂大坝之溢流道设计ColumbiaRiver（哥伦比亚河）之水力发电厂大坝溢流道设计之水流影响结果分析问题描述

流体性质:

水的黏度

=0.000021

密度

=1.94

卷气量影响:

表面张力系数

=0.16094

空气密度

=1.77898

边界条件:下游水面高度=0.16094闸口初始水流速

=0.08697初始水体积高度

=1.38375单位：Lb-ft-sFLOW-3D操作界面1.模型以3DSTL档直接读入（不限制图档数量）

2.FDM网格自动切割(使用者可手動局部加密)

3.FAVOR顯示STL圖檔網格化結果结果输出要求可以局部指定流体施加于坝体闸口（图中红线区域）的力量(forces)及力矩(moments)输出。结果-速度场分布速度场由彩色动画显示，可以手动指定局部区域的流动速度输出(以2D或1D时间图表的方式)。以彩色向量显示速度大小（2D显示模式）结果–卷气含量结果彩色动画显示水中卷气量的多寡结果-卷气量的影响卷气含量代表的意义:

卷气量能夠确保净水厂水中微生物的成长量，对于水库中鱼群的健康有极大的影响。

减少气蚀(cavitation)现象对坝体可能造成的影响（例如坝体的侵蚀）。

卷气量多寡会影响水坝中水的平均密度（meandensity），进而影响水流的流动模式。

结果-水流紊流特性显示利用

FLOW-3D®，可以清楚的了解坝体下方紊流以及涡流的生成现象。彩色流线显示

案例二、

smithmountain水坝坝体溢流道设计美国维吉尼亚州,smithmountain

水坝原始设计1960年，由AldenResearchLab制作水工模型(1:60)进行相关资料测试。坝体实际高度235ft,基座厚30ft2003年，重新设计验证目标：溢流道效率之重新验证验证软件：FLOW-3D水坝坝体模型坝体模型由空拍照片逆向制作而成。由四个STL档组立完成水平面高度（上游及下游）根据实际状况设定（InitialCondition）FDM网格建立坝体细部特徵相对于整体相当小，利用FLOW-3D局部加密以及Multi-BlockMesh的功能，能够完美的描述坝体模型网格尺寸水平：4ft

垂直：3ft网格尺寸水平：1ft

垂直：0.5ft仿真结果验证VS.水工模型685ft662ft685ft662ft仿真结果验证VS.水工模型670

ft646ft670ft646ft实验结果与仿真数据比对水流撞击坡面发生的流率变化Breakinslope细节资讯结论FLOW-3D的仿真结果能够提供比水工模型更详细的数据输出。在与水工模型的结果比较下，两者结果几乎相同。确认FLOW-3D能够达到极高的精确度。2003年的专案，以FLOW-3D取代传统水工模型提出完整的分析结果。案例三、

加拿大蒙大拿州水力发电厂设计KelseyGeneratingStation;Manitoba,Canada专案说明溢洪道闸门溢洪道水道STLCAD图档问题确认：溢流道的水量在不同数量的闸门开启下造成的影响网格建立Multiblockmesh技术能够以多个网格区块建立分析模型，提高计算效率各个网格区块可以定义不同的网格密度结果比对流量比对涡流现象比对

右图:FLOW-3D®仿真显示之涡流现象左图:同样位置观察照片

鱼梯设计（生态保育）FLOW-3DSeminar--St.Petersburg都会区防灾FloodingofMetropolitanAreas奥地利在2005年遭遇500年洪水周期的水患FloodedareaswithQ=1900m3/s.Detailsatabridge.台风引起海水倒灌评估海啸造成海水倒灌评估其他应用案例介绍Alden.PPS(2