水库密度流是一种常见的自然现象,其影响因素众多,如来流条件、库区地形、大坝边界、水位变化等。为了更好地了解密度流在单一变量影响下的局部运动规律,在理想边界条件下,对概化水库模型中的密度流进行研究。研究成果将为实际水库模型中的密度流研究提供一定的理论参考。本文采用数值模拟的方法,利用SIMPLER算法求解RNG k-ε紊流模型,通过独立编写的代码进行密度流运动的模拟。以双层侵入密度流作为典型算例,在密度流形态以及推进速度上与试验结果对比,证明了本文模型可以较为准确地模拟密度流运动。将库区地形概化为一个斜坡,不考虑大坝影响,不考虑水位变化,控制斜坡坡角与来流条件,以溶质的形式形成水体密度差,从而模拟不同条件下斜坡上的密度流运动。考虑均匀密度环境和分层密度环境,分析密度流头部流速与形态的发展规律,对比分析不同斜坡坡角、不同进口流量、不同入流密度、不同分层情况等因素对密度流带来的影响,得到的主要结论有:(1)均匀环境中,密度流头部形态增长速率恒定,且厚度增长速率小于长度增长速率。头部核心区靠近底层,核心区的流速、密度、动能在头部区域占主导地位。头部流速随斜坡坡角的增大先增大后减小,在20°坡角附近出现最大头部流速。头部流速与浮力通量之间的正比例函数关系仅在流量适中的条件下成立。进口流量影响头部的密度分布,从而影响头部运动状态,头部密度随进口流量增大而增大,上限为入流密度。(2)间断分层环境中,当头部密度介于上下两层环境水体密度之间时,密度流到达分界面后因惯性向下俯冲,接着因浮力作用上升至分界面以上,形成明显的V形转折。转为中层流后振荡幅度明显小于V形转折幅度,头部作减速运动。进口流量和入流密度对密度流的影响较为相似,均通过影响头部密度分布进而影响流动状态,头部密度越大,俯冲后的转折点越靠下,中层流的振荡越明显,中层流头部减速度也越大。特别的,当入流密度超过底层环境水体密度达到环境水体自身最大密度差这一量级时,密度流的整体流动结构在分界面附近被破坏。斜坡坡角主要影响中层流的振荡过程,坡角越大,振荡幅度越大。(3)连续分层环境中,当头部密度介于环境水体最大密度和最小密度之间时,密度流在斜坡上沿程减速,到达相应的中性浮力层后转为中层流。流动核心区有较明显的V形转折及后续振荡过程,整体形态的V形转折与振荡过程则不够明显。中层流的头部形态发展减缓,转折点附近的尾部迅速发展变厚。密度流运动过程中头部的涡旋流动逐渐减弱,中层流的涡旋中心逐渐远离头部位置。