基于光滑質(zhì)點(diǎn)水動(dòng)力學(xué)(SPH)方法臺(tái)階式溢洪道的數(shù)值模擬.pdf

1、臺(tái)階式溢洪道是一種具有高消能率的溢洪道新形式，由于它的特殊體型和顯著的消能效率，目前已在中小型工程上作為備選方案，并開(kāi)始廣泛采用。在對(duì)臺(tái)階式溢洪道的研究中，自由表面的大變形問(wèn)題、水流破碎始終是研究的難點(diǎn)所在。而易于處理自由表面的大變形及水流破碎則是SPH方法的優(yōu)勢(shì)。因此，本文采用SPH方法對(duì)臺(tái)階式溢洪道進(jìn)行了數(shù)值模擬，并利用模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了臺(tái)階式溢洪道的水流流態(tài)、壓強(qiáng)、水面線、流速、臺(tái)階空腔和消能效果。這對(duì)臺(tái)階式溢洪

2、道的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)SPH方法的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，推導(dǎo)了SPH形式基本方程的兩種形式：積分表示法和粒子近似法。⑵對(duì)SPH程序進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)建任意的二維模型，并解決了水箱內(nèi)粒子冗余的問(wèn)題，也大大減少了水粒子數(shù)目。同時(shí)，利用SPH方法的并行化程序，提高了計(jì)算效率。⑶解決了SPH方法的出流問(wèn)題。對(duì)于恒定入流問(wèn)題，提出了以下三種模型：大水箱模型。設(shè)置了孔口管嘴出流試驗(yàn)，驗(yàn)證了大

3、水箱模型布置方案簡(jiǎn)易，在水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域適用于小水頭、模擬時(shí)間短、計(jì)算精度要求低的數(shù)值模擬；兩水箱模型。利用SPH方法對(duì)該模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析；推板模型。由數(shù)值模擬結(jié)果得出了該模型解決恒定入流問(wèn)題的良好效果。建立了同一水深下的多個(gè)數(shù)值模型，入流條件采用推板模型，通過(guò)設(shè)置不同的推板速度，研究了推板速度與水深、流量三者之間的關(guān)系；同時(shí)，也驗(yàn)證了推板模型在水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的良好適用性。⑷對(duì)臺(tái)階式溢洪道進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬出了水流在臺(tái)