丁壩附近流場及局部沖刷的三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、丁壩是一種兼有導(dǎo)流、護(hù)岸、調(diào)整水深和營造局部沖淤等眾多功能的水工建筑物，被廣泛應(yīng)用于河道整治。在水流、河床及丁壩的共同作用下，其周圍產(chǎn)生局部沖刷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工程的破壞。但是由于流場及泥沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，丁壩局部沖刷機(jī)理尚未清楚。雖然已經(jīng)取得了一些成果，但是已有的研究大多都是以模型試驗(yàn)的方法及對(duì)單丁壩的研究為主，數(shù)值模擬研究及對(duì)丁壩群的研究相對(duì)較少。
　　本文基于商業(yè)軟件Flow-3d，從N-S方程出發(fā)，采用有限體積法離散控制方程，

2、通過對(duì)多種湍流模型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，選取了RNGk-ε湍流模型，同時(shí)結(jié)合VOF法處理自由水面，網(wǎng)格均采用結(jié)構(gòu)化非均勻網(wǎng)格?；诖藬?shù)學(xué)模型，分別對(duì)單丁壩及丁壩群的流場和局部沖刷做了三維的定床及動(dòng)床數(shù)值模擬。
　　通過對(duì)非淹沒單丁壩和傾斜角為90°及150°的上挑丁壩群及正挑丁壩群在定床情況下進(jìn)行模擬計(jì)算，詳細(xì)分析了各種工況下流場的流線、速度、壓力、湍動(dòng)能及耗散率、河床切應(yīng)力的分布，為解釋河床的沖刷機(jī)理奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
　

3、　在定床計(jì)算模型及數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用以希爾茲(Shields)數(shù)為基礎(chǔ)的泥沙推移質(zhì)輸沙率模型，不考慮懸移質(zhì)的影響，對(duì)單丁壩及上挑丁壩群周圍的局部沖刷情況做了三維數(shù)值模擬研究，模擬再現(xiàn)了丁壩周圍流場及沖刷的動(dòng)態(tài)過程，結(jié)果表明大部分沖刷都是在初始階段和主要沖刷階段完成的。計(jì)算得到了兩組工況下丁壩壩頭最大沖刷坑的深度及范圍，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)造成誤差的可能性進(jìn)行了分析。通過對(duì)沖刷坑形態(tài)隨時(shí)間的變化及沖刷坑內(nèi)流場的分布進(jìn)行詳盡的分析，得