山區(qū)河流上下雙丁壩水流特性的數(shù)值模擬.pdf

1、丁壩作為航道整治的建筑物，在實(shí)際的山區(qū)河流工程中被廣泛地使用。丁壩的修建能夠起到?jīng)_刷航深、減小近岸水流速度保護(hù)河岸的作用，但同時(shí)也會(huì)造成水流的分離和回流，使得丁壩附近水流呈現(xiàn)復(fù)雜的三維特性。采用三維水流數(shù)學(xué)模型對(duì)丁壩附近區(qū)域流場(chǎng)的變化進(jìn)行模擬，對(duì)航道整治工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)具有較重要的參考實(shí)用價(jià)值。至今為止，關(guān)于雙丁壩附近區(qū)域流場(chǎng)的三維數(shù)值模擬計(jì)算還比較少。因此，研究雙丁壩周圍三維水流特性具有十分重要的理論和工程意義。本文以計(jì)算流體力學(xué)的理

2、論為基礎(chǔ)，以四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為單位離散劃分三維區(qū)域進(jìn)行建模，借助Fluent軟件將水流連續(xù)方程、動(dòng)量方程以及標(biāo)準(zhǔn)的k-ε兩方程進(jìn)行聯(lián)立求解，采用有限體積法對(duì)方程進(jìn)行離散，并用PISO算法對(duì)離散后的方程組進(jìn)行求解，比較精確的模擬了雙丁壩周圍的三維水流特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴模擬結(jié)果表明，使用VOF方法來(lái)捕捉雙丁壩周圍自由水面線，與實(shí)際情況比較吻合，模擬效果較好;采用三維湍流模型和k-ε兩方程模型在計(jì)算三維雙丁壩周圍紊動(dòng)能和

3、紊動(dòng)耗散率時(shí)結(jié)果比較可靠，該研究方法能夠?yàn)橄鄳?yīng)的物理模型實(shí)驗(yàn)和理論分析提供一定的理論支撐。⑵通過(guò)對(duì)VOF方法捕捉到的自由水面進(jìn)行分析處理，得到雙丁壩周圍自由水面線在壩前、壩中和壩后沿橫向的分布，以及自由水面線在主流區(qū)、中間壩頭連線所在區(qū)域和靠近左岸處沿縱向的分布。⑶借助Tecplot后處理軟件對(duì)三維模擬計(jì)算的流場(chǎng)進(jìn)行斷面剖分，得到不同壩長(zhǎng)、水深和壩頭型式時(shí)的流速在壩前、壩中和壩后沿橫向的分布云圖，流速在右岸主流區(qū)、中間雙丁壩壩頭連線區(qū)域

4、以及靠近左岸時(shí)沿縱向的變化以及流速在垂向上的分布。⑷通過(guò)Fluent軟件的后處理功能，得到紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率在底層，中間層和頂層上沿橫向、縱向和垂向上的分布云圖和散點(diǎn)分布圖，通過(guò)分析得到了不同的下丁壩長(zhǎng)度、壩間距和水深時(shí)的紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率沿橫向、縱向和垂向的分布規(guī)律以及最大紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率所在的位置。⑸以三維立體圖的形式形象地展現(xiàn)雙丁壩壩體上的動(dòng)水壓強(qiáng)分布云圖，通過(guò)對(duì)不同工況下的動(dòng)水壓強(qiáng)分布云圖進(jìn)行分析比較，得到了不同的下丁壩長(zhǎng)度、