輸水渠道冰凌下潛數(shù)值模擬研究.pdf

1、在全球范圍內(nèi),高緯度地區(qū)的輸水渠道和河流在冬季均要經(jīng)歷冰期,遭受不同程度的冰害,其中尤以冰塞與冰壩的危害最為嚴(yán)重,影響輸水能力,危害輸水建筑物安全,甚至?xí){沿線人民群眾的生命財產(chǎn)安全。而冰凌下潛是冰塞和冰壩形成與發(fā)展的基礎(chǔ),控制冰凌不下潛對于保證輸水工程的安全和輸水能力有重要的意義。
　　本文對前緣矩形斷面和前緣圓形斷面冰塊在不同工況下的底面水壓力分布進行了精細數(shù)值模擬,研究了冰塊底面水壓力分布與冰塊前緣形狀、冰塊尺寸和流速等條

2、件的關(guān)系。然后基于數(shù)值模擬結(jié)果,利用力矩平衡的方法研究冰凌下潛的臨界條件,同時進行了冰凌下潛的真冰物理模型試驗研究。通過數(shù)值模擬與物理模型試驗相結(jié)合的方法研究冰凌下潛的臨界條件與冰凌前緣形狀和冰凌尺寸的關(guān)系,并提出了冰凌下潛的判斷準(zhǔn)則。具體研究內(nèi)容與成果概括如下:
　　(1)采用RNG k-ε紊流模型,結(jié)合自由水面追蹤的VOF法對冰塊底面水壓力分布進行數(shù)值模擬,通過與Dow Ambtman物理模型試驗數(shù)據(jù)的對比,驗證了該數(shù)值模型的

3、可靠性和準(zhǔn)確性。
　　(2)為進一步分析冰凌前緣形狀對冰凌下潛的影響,對前緣矩形斷面和前緣圓形斷面兩種不同前緣形狀的冰塊在不同冰厚,不同流速等條件下的浮冰塊底面水壓力分布進行了精細數(shù)值模擬,研究冰塊底面的水壓力分布與冰塊前緣形狀、冰塊尺寸和水流流速的關(guān)系。
　　(3)基于前部分的數(shù)值模擬結(jié)果,利用冰塊底面的水壓力來計算冰塊的下潛力矩 Mu,通過力矩平衡分析的方法來研究冰塊下潛的臨界條件與冰塊前緣形狀和冰塊尺寸(t/H、t/L