三維自由面湍流場數(shù)值模擬及其在水利工程中的應(yīng)用.pdf

1、該文針對粘流場數(shù)值模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)作了比較全面的回顧與展望,重點研究了網(wǎng)格生成技術(shù)、數(shù)值求解技術(shù)、湍流模型技術(shù)和動邊界模擬技術(shù),在此基礎(chǔ)上建立了模擬自由面湍流場的數(shù)學(xué)模型,并成功地應(yīng)用到二維溢流壩和帶閘墩的三維溢流壩過壩水流的數(shù)值計算.該文完成的具體工作和主要結(jié)論如下:1)以代數(shù)網(wǎng)格生成方法為基礎(chǔ)提出了一種簡單的、可獨立于網(wǎng)格生成方法之外的邊界正交化技術(shù);針對分區(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格系統(tǒng)建立了分區(qū)交界面處的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與計算模型.2)利用有

2、限體積方法在非正交同位網(wǎng)格系統(tǒng)中建立了SIMPLE求解算法,對非正交網(wǎng)格系統(tǒng)中的邊界條件、延遲修正技術(shù)及計算節(jié)點的梯度計算等專題進行了深入討論.3)研究比較了各種湍流模型的特點及應(yīng)用范圍,以水翼繞流場為例完成了RNGk-ε模型與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的計算比較,結(jié)果表明RNGk-ε模型能夠更好地模擬流場的湍流特性.4)研究了運動邊界模擬技術(shù)中的VOF方法,詳細建立了一種精度更高的自由面重構(gòu)模型,通過對典型運動界面的數(shù)值模擬表明,該方法能夠更加準(zhǔn)

3、確地確定運動界面的形狀和位置.5)利用該文建立的非正交網(wǎng)格系統(tǒng)中自由面湍流場數(shù)學(xué)模型,對二維溢流壩過壩水流進行了數(shù)值計算,分析了不同壩頂水頭下的水面線位置、壩面壓力及流量、流速等水流特性,通過與典型實驗資料的對比,水面線高度及壩面負壓極值均與實驗值具有非常好的一致性.6)通過建立溢流壩和閘墩的三維整體模型,完成了對三維過壩水流粘流場的數(shù)值計算.7)該文建立的三維自由面湍流場模型能夠比較準(zhǔn)確地模擬帶閘墩溢流壩三維過壩水流湍流場,可以針對不