潰壩水流沖刷三維數(shù)值模擬.pdf

1、潰壩水流是一種由嚴重的自然災害引發(fā)的破壞性水流，具有突發(fā)、來勢洶涌的特征，對壩下游河道和兩岸生命財產(chǎn)安全構成巨大威脅。早期關于潰壩的研究以理論和試驗為主，隨著計算機和CFD的發(fā)展，數(shù)值模擬已被證明是一種研究潰壩水流演進的有效手段并被廣泛運用。
　　潰壩水流數(shù)值模擬目前以二維模型為主，但復雜地形上潰壩水流呈現(xiàn)明顯的三維特性，三維數(shù)值模型更能反映潰壩水流的演進過程和沖刷機理。本文基于FLOW-3D建立定床和動床三維潰壩數(shù)值模型，用兩個

2、經(jīng)典潰壩試驗數(shù)據(jù)以驗證模擬水動力和泥沙沖刷的有效性。
　　本文將采用三維潰壩數(shù)值模型模擬突然擴張渠道的水流演進和沖刷，探討試驗中不易獲知的潰壩水流現(xiàn)象。進而設置四種潰決模式考慮壩體潰決速度和潰口尺寸，分別模擬分析瞬時潰壩和逐漸潰壩、不同潰口寬度對潰壩水流演進和沖刷的影響。結果表明，壩體潰決速度對擴寬處床面影響較小，潰口寬度影響則較大;潰口寬度對口門處的影響較大，潰口越小，沖刷越嚴重。
　　考慮障礙物對潰壩水流的影響，根據(jù)障礙

3、物的數(shù)量及其排列位置，本文設置三種工況分別進行流場的分析。流場的計算結果表明，障礙物周圍的水流結構復雜，存在一個復雜的“漩渦體系”;障礙物對上游水面變化的影響較小，但對側向和后方水面變化影響較大;障礙物對其前后位置流速的影響要遠遠大于對兩側位置流速的影響，障礙物對其上游影響范圍在1.5D(0.15m)左右，對下游影響范圍在2D(0.20m)左右;障礙物間距對速度場演化有一定影響，其間距越小影響越大。間距小時有一個速度先增后減的低流速區(qū)，

4、間距大時這個低流速區(qū)消失，障礙物附近的速度場分布與單障礙物時候接近。
　　考慮障礙物對潰壩床面沖刷的影響，本文將對三種工況分別進行沖刷的分析。沖刷的計算結果表明，水流遇到障礙物時的傳播過程是一個出現(xiàn)局部沖刷且沖坑逐漸拓寬和刷深的過程;沖刷主要發(fā)生在潰壩的初期階段，隨后沖刷坑的深度和范圍逐漸穩(wěn)定，僅在坑內局部變化，最后形成穩(wěn)定床面;沖刷主要在障礙物前側和兩側，最大沖刷位置在前側，然后是左側，最后是右側，其中，初始時刻時兩側的沖刷強度