直角交汇明渠水流二维数值模拟

来源 :华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ARMYUN1981
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自然河流系统和人工水利渠道中,普遍存在水流交汇现象。与一般顺直水流相比,交汇水流由于受主支流的流量比、流体物理属性、入汇角、渠道条件(如糙率、坡降、尺寸、形状)、出口水深等多种因素影响,水力特性较为复杂,给河道治理、取排水口设置、航道管理、防洪安全等带来一系列问题,如交汇口泥沙容易淤积成滩,分离区回旋水流积聚污染物,流域汛期干支流洪峰重叠。因此进行交汇水流运动规律研究具有重要的理论意义和现实意义。论文采用数值模拟方法对交汇口二维水流运动特性进行了模拟研究,主要内容如下:(1)根据控制体积法建立了等宽直角交汇水流平面二维数学模型,并采用SIMPLE算法进行求解。计算结果与试验资料吻合较好,在此基础上分析了交汇口水流的运动规律。(2)综合流线法和等值线法的优点,提出了定义分离区尺寸的混合法,即确定顺主流x方向流速为零的最下游点,取此点到交汇口下唇的距离为分离区长度;作过此点的流线,取此流线y方向的最大距离为分离区宽度。(3)采用CFD软件Fluent及其RSM紊流模型,对二维等宽直角交汇水流的分离区尺寸进行了研究,并将计算结果与试验资料以及已有的H-L模型、k-ε模型模拟结果进行对比,结果表明,RSM模型的模拟效果较好。(4)采用Fluent及其RSM模型计算了不同主支槽槽宽比例下的分离区尺寸,并讨论了分离区尺寸与槽宽比之间的一系列关系,包括:分离区长度、宽度、形状系数、主槽收缩系数分别与槽宽比例的变化规律,无量纲化分离区长度与主支槽水流动量比的变化规律。(5)采用软件Fluent及其RSM模型模拟了交汇水流中物质的扩散,结果发现浓度场扩散表现出明显的单向特征,以及把排污口设在主槽远支槽一侧利于污染物迁移到下游。
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