泄洪洞的紊流數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、泄水建筑物的水流特性—般具有三維性和紊動性，對于最常見的泄水建筑物—泄洪洞同時還具有自由表面。泄洪洞帶曲線的自由表面，復雜的幾何邊界給三維數(shù)值模擬帶來很大難度。泄洪洞作為主要的泄洪建筑物之一，在峽谷型大中型水利樞紐中得到廣泛的應用，泄洪洞常常采用模型試驗的方式來驗證工程的安全性。本文針對泄洪洞的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)作了比較全面的回顧與展望。當前，數(shù)值模擬技術(shù)成為了研究泄洪洞水力特性的重要手段，數(shù)值模擬日益成為研究高速水流的重要技術(shù)工具，在

2、邊界條件正確、網(wǎng)格劃分合理、數(shù)學模型選擇恰當?shù)那疤嵯拢瑪?shù)值模擬能夠真實反映模擬對象的水流特性。本文利用商用軟件FLUENT對甘肅黑河三道灣水電站泄洪排水洞進行物理模型對照的三維數(shù)值計算。 本文從N-S方程出發(fā)，利用有限體積法對高水頭下水庫無壓泄水洞水流進行了紊流數(shù)值模擬，根據(jù)多種紊流模型的優(yōu)缺點進行比較，選擇了Launder和Spalding于1972年提出的標準的k-ε紊流模型，用VOF方法處理自由表面，利用幾何重建格式來生成

3、自由表面，對復雜的邊界采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進行處理。在對方程離散時采用了交錯網(wǎng)格技術(shù)，在對離散方程求解時則采用了交替方向疊代技術(shù)(ADI法)。為保證數(shù)值計算的穩(wěn)定性和精確性，采用了目前較為流行的SIMPLER類計算程序。通過對工程實例的模型試驗，得到了全面的試驗數(shù)據(jù)，進一步對該工程泄洪洞明流段的紊動流場進行了三維數(shù)值模擬，得到了泄流能力、流速場、壓力、水面線等的分布規(guī)律，數(shù)值模擬和試驗結(jié)果的對比分析表明，兩者吻合較好。 建立的三維紊流