[word格式] 宽尾墩一台阶溢流坝三维数值消能流场模拟
宽尾墩一台阶溢流坝三维数值消能流场模 拟
第39卷第15期 2008年8月 人民长江 YangtzeRiver Vo1.39.No.15 Aug.,2008
文章编号:1001—4179(2008)15一OO6O一03 宽尾墩一台阶溢流坝三维数值消能流场模拟 徐玲君李国栋陈刚薛阳
(1.西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;2.西北农林科技大学水利建筑工程学院,陕西西安712100)
摘要:宽尾墩一台阶溢流坝消能工是在安康水电站特定的泄洪消能条件下,经过模型试验研究提出的一种先进
的消能技术.采用有限体积法离散求解,辅以Realizablek一,湍流模型,引入水气两相流的VOF模型,利用几
何重建格式非恒定流迭代求解生成自由水面,对几何体型采用结构化和非结构化的网格相结合进行处理,从库
区到消力池进行了水气两相流数值模拟. 关键词:宽尾墩;台阶溢流坝;紊流模型;数值模拟 中图分类号:TU352.11文献标识码:A
l概述
宽尾墩和台阶坝面联合消能是一种以多种消能形式进行综 合消能的体系.宽尾墩技术应用于溢流坝,导致闸墩后的溢 流坝面出现大片无水区,为建成高水头,大流量阶梯式溢流坝创 造了有利条件.通过研究证明,把宽尾墩和台阶式溢流坝联合 消能的新技术应用于溢流坝,技术上是可行,合理的.由于该 技术简化了溢流坝面的施工0,具有节约投资,缩短施工关键工 期等项经济和社会效益的优点
虽然目前对宽尾墩和台阶坝面联合消能有不少的研究成 果,但是这些研究手段大多以实验研究为主,只有少量的原型观 测资料,在水力计算方面,对宽尾墩和台阶坝面联合消能的计算 很少.模型实验研究由于其科学性和可操作性至今仍然是工程 研究和解决问题的主要手段,但是有些在物理模型中无法解决 的问题,则要求有数值模拟来加以补充,通过数值模拟,可以得 到模拟区域全流场的所有水力特性,而且应用方便,易于改变各 种条件,灵活性大,本文就针对这方面进行了探索. 2基本方程组及自由表面的处理 2.1控制方程
在关于湍动能k的方程的基础上,再引入一个关于湍动耗 散,的方程,便形成了k一,两方程模型.本文采用了Realizable k一,模型,用该模型求解流动问题时,控制方程包括连续性方 程,动量方程,能量方程,k方程,,方程,若不考虑热交换的单 纯流场计算问题,则不需要包含能量方程.对于本文采用的 Realizablek一,紊流模型,连续方程,动量方程和k,,方程叮分
别表示如下. 连续方程: +:0 dXi 动量方程: +
舞()=一+[(+(鬻+)] k方程: t+=
高+差]+G一a十a,一,L十}/aj十u—f【七 ,方程: +=
丢[c+差]+G.}G—cP
式中10和分别为体积分数平均密度和分子粘性系数;P为修 正压力;为紊流粘性系数,它可以由紊动能k和紊动耗散率, 求出:
式中为经验常数,取C=0.09.
和分别为k和,的紊流普朗特数,=1.0,=1.3. C.和C为方程常数,C.=1.44,C=1.92.G为由平均 速度梯度引起的紊动能产生相,它可由下式定义: G: 差+筹)3u
2.2对自由表面的处理
VOF法是Hirt&Nichols于1981年提出的,它通过求解单独
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