有壓泄水隧洞的出水口處一般都是漸擴(kuò)段。由于水流在擴(kuò)散前流速較大,而擴(kuò)散后流速較小,水流流速在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了較大變化,因此會(huì)產(chǎn)生多種復(fù)雜的水流現(xiàn)象——流動(dòng)分離、回流或漩渦等。主要針對(duì)對(duì)稱漸擴(kuò)段內(nèi)的水流流態(tài)情況,利用Fluent軟件,采用大渦模擬法得到特定雷諾數(shù)情況下,擴(kuò)散角大于或等于7°時(shí),對(duì)稱擴(kuò)散段內(nèi)會(huì)發(fā)生主流來回?cái)[動(dòng)現(xiàn)象;當(dāng)擴(kuò)散角為特定角度時(shí),在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),擴(kuò)散段內(nèi)主流來回?cái)[動(dòng)的起始時(shí)間隨雷諾數(shù)增大提前,主流擺動(dòng)的振幅隨雷諾數(shù)增大而增大。 

【文章來源】：城市道橋與防洪. 2019,(06)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

計(jì)算模型示意圖

2019年6月第6期城市道橋與防洪圖2Re=99400，擴(kuò)散角為6°時(shí)的瞬時(shí)流線圖（Δt=0.4s）圖1計(jì)算模型示意圖為x、y、z方向的流體運(yùn)動(dòng)速度。N-S方程中有4個(gè)未知數(shù)p、ux、uy、uz，而N-S方程組只有三個(gè)方程，所以要聯(lián)立一個(gè)連續(xù)性方程：墜ux墜x+墜uy墜y+墜uz墜z=0（2）式中：ux、uy、uz分別為x、y、z方向的流體運(yùn)動(dòng)速度。此時(shí)，方程組的個(gè)數(shù)和未知數(shù)的個(gè)數(shù)就一樣了。理論上，這個(gè)方程組應(yīng)有唯一解，但是實(shí)際上由于數(shù)學(xué)上的困難，N-S方程尚不能求出普遍解。因此人們將N-S方程進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化，產(chǎn)生了幾種不同的方法，這其中最重要的有三種，分別為直接數(shù)值模擬法（DNS）、雷諾平均模擬法（RANS）以及大渦模擬法（LES）。其中大渦模擬法將流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)尺度分為可解尺度和不可解尺度。然后運(yùn)用N-S方程來直接計(jì)算可解尺度的物理量，而通過建立模型來模擬不可解尺度運(yùn)動(dòng)對(duì)可解尺度運(yùn)動(dòng)的影響。本文采用的是大渦模擬法。2數(shù)值計(jì)算本文的計(jì)算模型示意如圖1所示。本文計(jì)算采用的主要參數(shù)如下：進(jìn)流邊界為速度進(jìn)口邊界條件；出流邊界為自由出流條件；邊壁條件均采用無滑移邊界條件；數(shù)值模擬法為大渦模擬法；亞網(wǎng)格模型采用Smagorinsky-Lilly模型。2.1擴(kuò)散角的影響本文首先討論擴(kuò)散角對(duì)對(duì)稱擴(kuò)散段內(nèi)的流動(dòng)特性的影響（雷諾數(shù)恒為99400）。圖2中X和d分別為距擴(kuò)散起始點(diǎn)的距離和輸水管道的正方形尺寸。擴(kuò)散角為6°、7°、8°的瞬時(shí)流線圖分別如圖2~圖4所示。隨著擴(kuò)散角的逐漸增大，水流經(jīng)過擴(kuò)散段時(shí)越難以平穩(wěn)擴(kuò)散。而水流從小斷面向大斷面流動(dòng)時(shí)，根據(jù)連續(xù)性方程，流速降低。依照伯努利方程，壓力沿水流方向增大，產(chǎn)生壓力正梯度，在其作用下，邊界層就從管壁分離，開始在擴(kuò)散

用下，邊界層就從管壁分離，開始在擴(kuò)散段的兩側(cè)形成回流區(qū)。由于試驗(yàn)水流屬于高雷諾數(shù)水流，流場(chǎng)隨時(shí)間變化明顯。當(dāng)某一時(shí)刻，流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的劇烈摻混可能引起水流率先在一側(cè)形成邊界層分離。此時(shí)由于分離引起的局部真空很快就會(huì)導(dǎo)致水流回流，隨著回流范圍的增大，在回流區(qū)形成漩渦，漩渦的產(chǎn)生又加劇了擴(kuò)散段流場(chǎng)的不穩(wěn)定性，此時(shí)擴(kuò)散段的水流呈現(xiàn)出一側(cè)為漩渦回流區(qū)，一側(cè)為主流區(qū)。緊接著，由于漩渦的橫向振蕩作用，又使主流發(fā)生左右擺動(dòng)。這些擺動(dòng)可能使主流在靠近邊壁一側(cè)產(chǎn)生流動(dòng)分離，并產(chǎn)生小的漩渦。這圖3Re=99400，擴(kuò)散角為7°時(shí)的瞬時(shí)流線圖（Δt=1.0s）圖4Re=99400，擴(kuò)散角為8°時(shí)的瞬時(shí)流線圖（Δt=0.8s）（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（a）t0（b）t0+Δt（c）t0+2Δt（d）t0+3Δt（a）t0（b）t0+Δt（a）t0（b）t0+Δt科技研究257

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3592910