明渠水氣兩相流的數(shù)值模擬研究.pdf

1、水氣兩相流現(xiàn)象在自然界和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中大量存在。水利工程中常見的摻氣水流，便是一種典型的水氣兩相流，是水工水力學(xué)和高速水力學(xué)研究的重要內(nèi)容。由于水流摻氣，其運(yùn)動(dòng)特性與不摻氣水流相比，發(fā)生了很大變化，因而對(duì)水工建筑物形成了各種有利或不利的影響。研究水氣兩相流，對(duì)于解決工程實(shí)際問題，有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。水氣兩相流現(xiàn)象較為復(fù)雜，研究?jī)?nèi)容涉及面廣，本文主要對(duì)水氣兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬方面的研究。
　　本文首先簡(jiǎn)要描述了水氣兩相流

2、的摻氣機(jī)理，對(duì)明渠自摻氣水流的摻氣特性進(jìn)行研究，得出水流的摻氣條件和摻氣量的表達(dá)式，式中表明摻氣量與水流流速及臨界速度有關(guān)。隨后通過對(duì)水氣兩相流主要特點(diǎn)的分析，推導(dǎo)出了明渠自摻氣水流的控制方程組。在數(shù)值計(jì)算方法上，對(duì)水氣兩相流雙流體模型的控制方程組采用有限體積法進(jìn)行離散，并推導(dǎo)各方程的離散形式。其中，對(duì)流擴(kuò)散項(xiàng)采用QUICK格式進(jìn)行離散，速度與壓力耦合問題采用SIMPLER算法解決，并提出兩相流離散方程的基本求解步驟。在給出適當(dāng)?shù)倪吔鐥l

3、件情況下，對(duì)明渠自摻氣水流的摻氣濃度、流速及其它運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，通過與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較與分析可以初步得出結(jié)論，該模型是正確的，計(jì)算結(jié)果是合理的。由結(jié)果分析知摻氣濃度值在水面處較大，而在明渠底部較小，且水面處變化幅度大，明渠底部變化幅度?。涣魉僭诖瓜虻姆植际亲缘酌嫦蛩娣较虿粩嘣龃?，然后再逐漸減小。最后進(jìn)一步對(duì)明渠自摻氣水流計(jì)算結(jié)果的影響因素做了分析，其影響因素主要有數(shù)學(xué)模型、離散方法、計(jì)算區(qū)域、邊界條件、松弛因子等。
　　數(shù)值