有壓泄水隧洞的出水口處一般都是漸擴段。由于水流在擴散前流速較大,而擴散后流速較小,水流流速在短時間內(nèi)發(fā)生了較大變化,因此會產(chǎn)生多種復(fù)雜的水流現(xiàn)象——流動分離、回流或漩渦等。主要針對對稱漸擴段內(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,擴散角大于或等于7°時,對稱擴散段內(nèi)會發(fā)生主流來回擺動現(xiàn)象;當(dāng)擴散角為特定角度時,在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),擴散段內(nèi)主流來回擺動的起始時間隨雷諾數(shù)增大提前,主流擺動的振幅隨雷諾數(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】：

計算模型示意圖

2019年6月第6期城市道橋與防洪圖2Re=99400，擴散角為6°時的瞬時流線圖（Δt=0.4s）圖1計算模型示意圖為x、y、z方向的流體運動速度。N-S方程中有4個未知數(shù)p、ux、uy、uz，而N-S方程組只有三個方程，所以要聯(lián)立一個連續(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方向的流體運動速度。此時，方程組的個數(shù)和未知數(shù)的個數(shù)就一樣了。理論上，這個方程組應(yīng)有唯一解，但是實際上由于數(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中的運動尺度分為可解尺度和不可解尺度。然后運用N-S方程來直接計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動對可解尺度運動的影響。本文采用的是大渦模擬法。2數(shù)值計算本文的計算模型示意如圖1所示。本文計算采用的主要參數(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擴散角的影響本文首先討論擴散角對對稱擴散段內(nèi)的流動特性的影響（雷諾數(shù)恒為99400）。圖2中X和d分別為距擴散起始點的距離和輸水管道的正方形尺寸。擴散角為6°、7°、8°的瞬時流線圖分別如圖2~圖4所示。隨著擴散角的逐漸增大，水流經(jīng)過擴散段時越難以平穩(wěn)擴散。而水流從小斷面向大斷面流動時，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，開始在擴散

用下，邊界層就從管壁分離，開始在擴散段的兩側(cè)形成回流區(qū)。由于試驗水流屬于高雷諾數(shù)水流，流場隨時間變化明顯。當(dāng)某一時刻，流體內(nèi)部質(zhì)點的劇烈摻混可能引起水流率先在一側(cè)形成邊界層分離。此時由于分離引起的局部真空很快就會導(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)生又加劇了擴散段流場的不穩(wěn)定性，此時擴散段的水流呈現(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。這些擺動可能使主流在靠近邊壁一側(cè)產(chǎn)生流動分離，并產(chǎn)生小的漩渦。這圖3Re=99400，擴散角為7°時的瞬時流線圖（Δt=1.0s）圖4Re=99400，擴散角為8°時的瞬時流線圖（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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碩士論文
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本文編號：3592910