基于VOF与湍流模型的闸下非恒定急变流试验与数值模拟研究

【摘要】我国水资源匮乏,在人口增长、社会经济快速发展和全球变暖的大趋势下,对水资源的需求量日益增大,水资源供需矛盾日益突出。水资源配置工程、灌溉工程中通过管道或明渠输水,渠系中的水闸调节水位、控制流量,闸门开度变化影响着渠道中的水流流态。水闸开启或关闭过程中的闸下水流属于非恒定急变流。闸下非恒定急变流及其引起的下游渠道非恒定流,对水工建筑物产生了不利影响。根据2000年统计的统计,全国病险水闸中闸下消能防冲设施发生损坏的占病险闸总数的42.3%。消能防冲设施的损毁与闸门开启过程中的非恒定急变流有着密切的关系。本文通过物理模型试验研究了闸下非恒定急变流过程,采用k-ε湍流模型和VOF两相流模型模拟了闸下非恒定急变流过程,研究了流场结构。主要研究内容和结论如下：(1)在数值模拟计算中,开发了控制闸门开启过程的UDF程序；采用了PISO压力速度耦合方法提高计算速度；采用了网格自适应技术提高求解精度；采用了高质量的结构化四边形网格提高了求解精度和收敛速度。(2)闸门开启过程中消力池底板总压力最大,随着泄水时间的延长,沿断面铅直向上同一点的压力逐渐增大,但增长幅度减缓,总压力逐渐趋于稳定值。(3)在消力池的斜坡段存在流速明显增大的区域,随着泄流时间的增加,大流速区域的流速值呈减小并向闸门处移动的趋势。斜坡段流速最大值出现在距离底部约0.2m处。(4)海漫末端断面的流速分布相对均匀,距离底部0.2m以上各处流速变幅基本不大,但断面近底流速仍然较大,可对下游造较大冲刷。
【作者】牟献友；
【导师】文恒；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，农业水工建筑物，2010，博士
【关键词】水闸；非恒定急变流；模型试验；湍流模型；

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