彎道急流改善措施數(shù)值模擬研究.pdf

1、彎道水流在天然河流中很常見,是自然界中一種常見的水流現(xiàn)象,實(shí)際工程中也常需要設(shè)置彎道。水流從直段進(jìn)入彎道,水面形態(tài)由平穩(wěn)變得紊亂,出現(xiàn)菱形沖擊波;水流結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,凹岸水面升高,凸岸水面降低,形成水面橫比降;離心力和重力作用使彎道水流形成橫向環(huán)流運(yùn)動(dòng);水流結(jié)構(gòu)的調(diào)整還會(huì)引起流速沿縱向、河寬和水深三方向的重分布。水面形態(tài)變化是彎道水流調(diào)整的基礎(chǔ),橫向環(huán)流是彎道凹岸沖刷和凸岸淤積的根本原因,流速重分布是彎道水流最重要和顯著的特性。因此,改善

2、彎道水流結(jié)構(gòu)是解決彎道沖刷淤積的關(guān)鍵所在。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在改善彎道水流措施方面做了大量有益的嘗試,有采取合理的彎道曲線形式的,有采用雙曲底板或扇形抬高法的,還有輔助措施如導(dǎo)流坎、導(dǎo)流墻、分流墩等。這些措施對(duì)于降低水面橫比降,改善水流流態(tài)起到了很好的作用。
　　采用RNGk-ε模型,用有限體積法離散控制方程,用VOF方法模擬自由水面。在此基礎(chǔ)上針對(duì)“橫向反超高彎道”的流態(tài)模擬問題進(jìn)行了研究,采用數(shù)值模擬的方法建立計(jì)算模型,分別在三種不同

3、流量工況下,對(duì)正常的橫向水平彎道和橫向反超高彎道進(jìn)行了數(shù)值模擬,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。一方面驗(yàn)證了數(shù)值模擬的方法切實(shí)可行和正確可靠,另一方面也說明了“橫向反超高彎道”對(duì)減小水面橫比降方面具有一定效果。按明渠最大佛汝德數(shù)對(duì)應(yīng)流量和水深設(shè)計(jì)反超高彎道超高尺寸效果更好。
　　本文在模擬“橫向反超高彎道”水流和探討特殊彎道水流流態(tài)特征方面做了嘗試,為研究天然河道中復(fù)雜彎道水流的演變、設(shè)計(jì)改善措施等方面奠定了基礎(chǔ),具有基礎(chǔ)研究和學(xué)術(shù)研究意義