閘壩下游沖刷坑形態(tài)三維數(shù)值模擬.pdf

1、低水頭樞紐具有水頭低、流量大、低佛汝德數(shù)、消能不充分、閘壩建在覆蓋層較厚的砂礫石河床上等特點(diǎn)，因此閘壩下游護(hù)坦、海漫發(fā)生沖刷破壞的現(xiàn)象較為普遍，甚至導(dǎo)致建筑物損毀，直接影響著泄水閘的安全運(yùn)行。因此，正確地預(yù)測(cè)閘壩下游沖刷坑流場(chǎng)信息、沖刷坑形態(tài)及最大沖刷深度，對(duì)于泄水建筑物的安全運(yùn)行有著非常重要的意義。
　　本文基于Fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，對(duì)巨亭水電站泄水閘下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，得到了以下主要結(jié)論:
　　(1)采用R

2、NG k-ε湍流模型，結(jié)合SIMPLEC算法，利用VOF多相流模型追蹤泄水閘下游復(fù)雜的自由水面，模擬得到了巨亭水電站泄水閘下游沖刷坑三維流場(chǎng)分布，通過(guò)分析對(duì)比泄流量、沿程水面線和垂線流速分布等結(jié)果表明，數(shù)值模擬值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值吻合良好，說(shuō)明數(shù)學(xué)模型計(jì)算準(zhǔn)確，結(jié)果可信。
　　(2)基于Fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，采用VOF模型追蹤自由水面，在對(duì)Fluent軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)中，以床面水流剪切應(yīng)力大于泥沙起動(dòng)切應(yīng)力作為網(wǎng)格移動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)，

3、基于彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型，對(duì)單個(gè)橋墩局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，得到的沖刷坑形態(tài)及最大沖刷深度與模型試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了本文二次開(kāi)發(fā)子程序的可靠性。
　　(3)實(shí)現(xiàn)了泄水閘下游局部沖刷坑沖刷過(guò)程的三維數(shù)值模擬，得到的沖刷坑形態(tài)及最大深度與物理模型實(shí)測(cè)值吻合良好。
　　(4)在沖刷坑的沖刷過(guò)程中，床面切應(yīng)力逐漸減小;中軸面湍動(dòng)能的變化規(guī)律與湍動(dòng)能耗散率的變化規(guī)律基本相似。在沖刷初始階段，挑坎末端床面附近的湍動(dòng)能和