基于光滑質點水動力學(SPH)方法臺階式溢洪道的數(shù)值模擬.pdf

1、臺階式溢洪道是一種具有高消能率的溢洪道新形式，由于它的特殊體型和顯著的消能效率，目前已在中小型工程上作為備選方案，并開始廣泛采用。在對臺階式溢洪道的研究中，自由表面的大變形問題、水流破碎始終是研究的難點所在。而易于處理自由表面的大變形及水流破碎則是SPH方法的優(yōu)勢。因此，本文采用SPH方法對臺階式溢洪道進行了數(shù)值模擬，并利用模型試驗與數(shù)值模擬相結合的方法研究了臺階式溢洪道的水流流態(tài)、壓強、水面線、流速、臺階空腔和消能效果。這對臺階式溢洪

2、道的發(fā)展和應用具有重要的意義。
　　本研究主要內容包括：⑴對SPH方法的理論基礎進行了詳細的介紹，推導了SPH形式基本方程的兩種形式：積分表示法和粒子近似法。⑵對SPH程序進行了二次開發(fā)，通過數(shù)據(jù)點構建任意的二維模型，并解決了水箱內粒子冗余的問題，也大大減少了水粒子數(shù)目。同時，利用SPH方法的并行化程序，提高了計算效率。⑶解決了SPH方法的出流問題。對于恒定入流問題，提出了以下三種模型：大水箱模型。設置了孔口管嘴出流試驗，驗證了大

3、水箱模型布置方案簡易，在水動力學領域適用于小水頭、模擬時間短、計算精度要求低的數(shù)值模擬；兩水箱模型。利用SPH方法對該模型進行了數(shù)值模擬，并對結果進行了分析；推板模型。由數(shù)值模擬結果得出了該模型解決恒定入流問題的良好效果。建立了同一水深下的多個數(shù)值模型，入流條件采用推板模型，通過設置不同的推板速度，研究了推板速度與水深、流量三者之間的關系；同時，也驗證了推板模型在水動力學領域的良好適用性。⑷對臺階式溢洪道進行了數(shù)值模擬，模擬出了水流在臺