泄洪洞弯道急流冲击波的三维数值模拟研究

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本文利用流体计算软件 FLUENT提供的RNG紊流模型,对龙潭泄洪洞弯道水流进行了三维数值模拟研究,并与水工试验结果作对比分析。主要内容和成果有:  (1)对Ippen冲击波模型、对称直线段、90°弯道段急流冲击波案例进行了水力计算与三维数值模拟。对比计算结果与模拟结果较为吻合,因此给本课题的研究提供了可行性。  (2)模型试验测量了泄洪洞弯道闸门全开工况下设计水位、校核水位以及在闸门开度为2.8m工况下的设计水位与校核水位时弯道段左右岸边墙的水面线、断面流态、压强等水力参数。  (3)三维数值模拟时,对不同工况,遵循网格应尽量与流线保持一致的原则,采用结构化均匀网格。并对计算区域网格进行优化加密,其中优化后的网格较密,既有效控制了网格数目,又得到了很好地计算结果。给出了数值计算中的各种边界条件以及流场初始条件,同时设定了龙潭水库泄洪洞弯道段边界条件和流场初始条件。  (4)本文采用 RNG紊流模型,引入 VOF法追踪自由表面,采用有限体积法离散方程,以 SIMPLE方法对压力场和速度场耦合计算,对龙潭水库泄洪洞弯道水流进行了数值模拟,发现泄洪洞中水流不仅冲击右边壁,水面出现左右先后升高降低的现象,而且还出现翻越洞顶然后跌落的现象。数值模拟还得到了该弯道水流在上述工况下的泄洪洞流场的水力特性,包括:左右侧自由水面线、流态、压强等,并与实验结果进行了比较。  (5)从本文的模拟结果来看,对于除了明渠与泄水槽之外的弯道急流冲击波——泄洪洞弯道冲击波的研究提供了新的思路,在今后的研究中可以继续向下延伸,以致对设置了消减措施的泄洪洞水流进行模拟。
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