二维不同溃坝方式的数值模拟.pdfVIP

第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集 二维不同溃坝方式的数值模拟奉 刘艾明，刘学炎，熊鳌魁 (武汉理T大学交通学院，430063．Email：!垫m旦丛i亟@12鱼：￡Qm) 摘要：为了研究溃坝水流传播的影响，基于fluent对二维瞬时全溃、溃口深度为坝高的三分 之一和三分之二的溃决水流进行数值模拟研究。二维瞬时全溃溃坝水流传播过程的模拟结果 和试验值相比较基本一致。同时计算结果表明，不同溃坝方式对溃坝洪水波推进位置和流量 都有明显的不同。 关键词：溃坝；数值模拟；fluent 1引言 溃坝洪水是一种低概率、高危害的社会致灾因素。尤其是对于高坝大库，一旦失事其危 害十分巨大。随着国家经济的发展，城市化进程的加快，低频率、高危害的灾害风险问题逐 渐成为人们关注的重点，溃坝洪水就是这样一类问题。我国有各类水库大坝8万多座，其中 库容超过1亿m3的大型水库就有400多座。这些大坝一．日．由于不同原因发生溃坝对于下游 地区影响是可怕的。冈此．研究大坝溃坝问题，探讨水库溃坝风险对于制定地区应急预案，加 强区域防洪减灾是十分必要的。 J WJIl 国内外学者对溃坝进行了大量的试验研究，Manin J对直立方形水柱在重 C和Moyce PK【2】等通过试验研究了前后具有不同高程比的 力作用下的塌落过程进行了试验研究；st绷sby w 两块水体溃坝过程；L纠berG和HagerH【¨】则通过试验研究了具有不同底坡坡度的溃坝问 题。这些试验研究为数值模拟的验证提供了大量对比依据。 近年来随着计算技术的发展，数值模拟手段越来越多地被应用到溃坝水流问题的研究中。 由于现在大部分数值模拟采用浅水方程，而浅水方程是基丁：理想的情况下的模拟，基本上无 法模拟出溃坝水流在前期准确的传播过程。本研究是利用商业软件fluent进行数值研究，基于 N．S方程求解，采用矗f双方程湍流模型，利用VOF计算自由液面，能够比较精确描述溃坝 水流的传播过程。 ’基金项目：本研究是水利部江湖治理与防洪重点实验室开放研究基金资助项目(编号R2007．05) ．332． 第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会文集 2 基本方程 2．1二维水流运动的雷诺方程 连续性方程： 盟f_+生L；o a x a y 动量方程： 甜 ’， 一 l l‘ 一—』一+——型Ll——_一·+———·l at 0x 8 8x 一+ 一+ 一=y p p 、8x 8v 等+甜等+，，等一}等+竽c务+争， 鲁+甜磬+V等+一g一寺等+竽c睾+争，万Ⅷ万¨万¨一g一7方+宁‘矿+矿’ 其中，x、y为二维笛卡儿坐标分量；“、，为x、y方向的速度分量：p为水的密度；p为 压力；g是重力加速度；f是时间；∥∥=∥+鸬，为有效黏性系数。 2．2卜P双方程湍流模型 七-f双方程湍流模型不仅考虑了紊流速度比尺的输运，而且也考虑了长度比尺的输运，该 模型被广泛应用于回流、射流等复杂流态的模拟中‘引，并在相当广泛的范围内得到了充分的检 验，证明是实用和有效的。本研究就如f双方程对水流运动的雷诺方程进行封闭。 K方程： 掣+掣=寺n等]等]+G。一伊 ￡方程： 掣+掣=寿№等)矧“。}G。_，p} 湍动黏度∥，可以表示成Ji}和f的函数，即： 旷】pC