含闸墩溢流坝三维过坝水流数值模拟 - 水科学进展.pdf

第 15 卷 第 6 期 水 科 学 进 展 Vol15 ,No6 2004 年 11 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Nov. , 2004 　 含闸墩溢流坝三维过坝水流数值模拟 1 2 王志东 , 汪德　 ( 1 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 , 江苏 镇江 　212003 ; 2 河海大学环境科学与工程学院 , 江苏 南京 　210098) ε 摘要 : 利用有限体积方法对含闸墩溢流坝过坝水流三维流场进行数值模拟 , 采用 k 两方程模型模拟湍流 , 利用流 ( ) 体体积 VOF 法确定自由水面线 , 分别对两种墩型过坝水流进行计算 , 给出了 3 种水头下的水面线及坝面压力 , 通 过与实验结果的比较表明 , 建立的模型能够准确地模拟带闸墩溢流坝三维流场 , 从而为溢流坝的水力设计提供可 靠的设计依据 。 关 　键 　词 : 闸墩 ; 溢流坝 ; 水面线 ; 坝面压力 ; 数值模拟 ( ) 中图分类号 : TV1312 ; TV1354 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2004 带闸墩溢流坝三维过坝水流数值模拟的工作开展不多 , 主要原因是计算区域增大 , 闸墩区域形状复杂 , 并且 包含自由液面问题 , 这些都增加了数值计算的难度 。因此过坝水流的研究工作更多地集中在二维流场计算 。尽管 二维过坝流场计算具有计算工作量小、计算成本低 , 并能够在一定程度上指导工程设计 , 比如文献[ 1]通过计算 过坝水流与闸墩绕流两个二维模型的方法近似模拟了三维带闸墩的溢流坝流场 , 可以作为解决三维过坝水流问题 的一条途径 , 但是将二维数值模型应用于实际的带闸墩的溢流坝过坝水流计算还有一定的差距 。主要表现在闸墩 的存在对水面线位置 、坝面压力、溢流流量等均产生显著的影响。文献[2 ]利用有限体积方法对溢流坝三维湍流场 ε 进行数值模拟 ,但没有考虑闸墩的影响 , 本文以雷诺时均方程为基础 , 利用 k 两方程模型模拟湍流流动 , 自由水 ( ) 面线的位置采用流体体积 VOF 法确定 ,采用有限体积方法进行离散求解 , 并与实验结果对比, 比较准确地给出了 过坝水流的水面线位置及坝面压力 , 可为泄水工程的水力设计提供更加可靠的设计依据 。 1 　数学模型 11 　控