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明渠水流交汇现象广泛存在于天然河道和人工渠道中。深入认识交汇口局部水流三维动力特性,对交汇口泥沙或物质输移、渠道局部冲刷、渠道有效过流面积等的研究具有重要的理论与实际意义,并为市政建设、防洪规划、航运交通、环境保护等许多方面提供重要的理论依据。
交汇口处的水流相互影响,同时受河渠岸壁影响,导致其水动力特性复杂,三维特性明显。数值模拟方法方便灵活,可以通过改变参数对各影响因素间的相互关系及相对重要性进行系统的研究分析,是研究明渠交汇水流的重要而有效的手段。
本文总结了国内外明渠交汇流问题的发展和研究现状,并阐述了数值模拟研究常用的方法和理论依据。在此基础上,建立等宽直角明渠交汇水流的三维数值模型,应用雷诺时均方程湍流模型和VOF自由面处理方法,对不同流量比工况下的数值模拟结果与实验进行了比较验证,分析了交汇区速度场的规律,探讨了不同数值方法的计算效果和流量比对水流运动产生的影响。还预测分析了不同入汇角情况下交汇水流的水力特性。