應用湍流RNG k-ε模型封閉流體力學方程組,VOF法追蹤自由表面,采用非定常流動PISO算法對R型水躍,S型臨界式水躍和S型淹沒式水躍進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,采用Fluent軟件對平底突擴三元水躍進行數(shù)值模擬具有較強的適用性。3種水躍在水流的上部區(qū)域均形成逆時針方向的翻滾漩渦。S型臨界式水躍（z=0.024 m）發(fā)生了對稱擴散,并在x=1.00 m斷面與x=1.30 m斷面之間形成了對稱分布的漩渦。發(fā)現(xiàn)水流紊動能最大值在水躍中部,R型水躍發(fā)生的紊動能較大,S型臨界式水躍和S型淹沒式水躍兩者的紊動能相近。分析中軸立面流速分布后,發(fā)現(xiàn)在相同位置的橫斷面上,R型水躍流速均較大。水躍區(qū)內(nèi),R型水躍邊界層變化不大,S型臨界式水躍邊界層增長緩慢,S型淹沒式水躍邊界層增加趨勢明顯。S型淹沒式水躍最大流速值以較快速率減小,并且最大流速值相比另外兩種工況時小。 

【文章來源】：黑龍江大學工程學報. 2020,11(03)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

3個工況下中軸立面紊動能分布

3個工況下中軸立面流速分布沿程變化圖見圖5。由圖5(a)可見,流速在水躍區(qū)各斷面從底板開始逐漸增大到最大值Umax,然后逐漸減小;由圖5(b)可見,在x=0.60 m斷面之前,流速在水躍區(qū)各斷面從底板開始逐漸增大到最大值Umax,然后逐漸減小到零,之后向上游反方向增加;在x=0.90 m斷面,流速在水躍區(qū)各斷面從底板開始逐漸增大到最大值Umax,然后逐漸減小;由圖5(c)可見,在x=0.90 m斷面之前,流速在水躍區(qū)各斷面從底板開始逐漸增大到最大值Umax,然后逐漸減小到零,之后向上反方向增加;在x=1.20 m斷面,流速在水躍區(qū)各斷面從底板開始逐漸增大到最大值Umax,然后逐漸減小。按照邊界層理論,邊界層厚度δ為各斷面上流速最大值至底板的間距。圖5(a)中,在x=1.20 m斷面之前,邊界層厚度δ沿程變化不大,大致在0.01 m高度,在x=1.20 m斷面之后,邊界層厚度δ逐漸增大到水面附近。圖5(b)中,在x=1.20 m斷面之前,邊界層厚度δ沿程略有增加,但增加趨勢平緩,在x=0.90 m斷面之后,界層厚度δ逐漸增大到水面附近。圖5(c)中,在x=1.20 m斷面之前,邊界層厚度δ沿程逐漸增加,增加趨勢明顯,在x=1.20 m斷面之后,邊界層厚度δ逐漸增大到水面附近。

3個工況下橫斷面最大流速沿程變化見圖7。由圖7可見,3個工況下,橫斷面最大流速沿程逐漸減小,不同之處在于:R型水躍,在x=1.50 m處最大流速值變化開始減小,減小到0.8 m/s左右時最大流速趨于平穩(wěn);S型臨界式水躍,在x=1.20 m處最大流速值變化開始減小,減小到0.6 m/s左右時最大流速趨于平穩(wěn);S型淹沒式水躍,在x=1.00 m處最大流速值變化開始減小,減小到0.5 m/s左右時最大流速趨于平穩(wěn)。由此得出:S型淹沒式水躍在較短的區(qū)域內(nèi),最大流速值以較快速率減小,并且區(qū)域平穩(wěn)時的最大流速值相比另外兩種工況下要小。圖7 3個工況下橫斷面最大流速沿x軸變化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]具有水平流動的混合流體對流的擾動方程組[J]. 寧利中,張迪,寧碧波,田偉利.  黑龍江大學工程學報. 2020(01)
[2]突然擴散水躍方程的近似解[J]. 寧利中,渠亞偉,寧碧波,王新宏,田偉利,劉爽.  應用力學學報. 2019(03)
[3]突然擴散水躍方程的顯式解[J]. 寧利中,渠亞偉,寧碧波,王新宏,田偉利,劉爽.  水利水運工程學報. 2018(05)
[4]考慮擴散比影響的突擴水躍共軛水深計算研究[J]. 渠亞偉,寧利中,寧碧波,王新宏,劉爽,田偉利.  水資源與水工程學報. 2018(03)
[5]突然擴散水躍方程的改進與比較[J]. 寧利中,渠亞偉,寧碧波,田偉利.  長江科學院院報. 2019(08)
[6]閘后三元突擴水躍特性初步研究[J]. 韓偉濛,郄志紅,苗臣偉,吳鑫淼.  人民黃河. 2018(03)
[7]跌坎型底流消能工跌坎深度在工程優(yōu)化設計中的應用[J]. 楊宇,張家明,陳維亮.  南水北調(diào)與水利科技. 2017(05)
[8]陣列式燕尾坎水力特性研究[J]. 王晶,鄧軍,呂利,楊正麗.  水力發(fā)電學報. 2017(03)
[9]突跌漸擴消力池體型優(yōu)化及水力特性分析[J]. 羅永欽.  水力發(fā)電學報. 2016(02)
[10]消力池尾坎坡度對水躍及排砂效果影響的試驗研究[J]. 張春妮,田忠,王韋.  水力發(fā)電. 2016(01)

碩士論文
[1]平底突擴斷面渠道的水力性能研究[D]. 高遠.西北農(nóng)林科技大學 2017



本文編號：2968581