對于斜向進(jìn)水、側(cè)向泄水條件下的圓形消力井,基于井內(nèi)水流紊動射流分區(qū)的半經(jīng)驗(yàn)公式法,可以對淹沒射流條件下的水股作用力進(jìn)行機(jī)理分析,并推導(dǎo)得出射流沿程最大流速及沖擊區(qū)井壁時(shí)均作用力表達(dá)式,但尚不能完全揭示其內(nèi)部復(fù)雜的紊動水力特性。利用紊流理論的數(shù)值模擬可以更好地描述圓形消力井流場內(nèi)部各處的時(shí)均流及紊動特性:根據(jù)區(qū)域形狀特點(diǎn),對流場的空間域和時(shí)間域進(jìn)行剖分離散,由不規(guī)則邊界紊流Navier-Stokes方程摻氣影響統(tǒng)計(jì)演化建立了三維封閉可求解雷諾應(yīng)力方程組。基于實(shí)際工程的數(shù)值分析成果表明,三維紊流模型可行有效,能夠用于非對稱體邊界條件下的空間流場計(jì)算。 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程. 2020,10(06)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

計(jì)算域基本體型及相關(guān)參數(shù)(單位:m)

斜向進(jìn)水側(cè)向泄水圓形消力井紊流模型的幾何構(gòu)形為直角坐標(biāo)系XOY下三維模型，如圖2所示。為避免紊流統(tǒng)計(jì)模式求解的剛性問題以實(shí)現(xiàn)邊界區(qū)域的擬合，直接影響流場及其水力特性表達(dá)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。自由網(wǎng)格劃分采用質(zhì)量較高且與水流方向一致的分塊結(jié)構(gòu)化Fourier級數(shù)展開，圓柱表面和流動比較復(fù)雜的區(qū)域采用Chebyshev多項(xiàng)式O型切分，為避免網(wǎng)格尺寸突變，根據(jù)權(quán)函數(shù)選擇GaussLobatto進(jìn)行局部水氣參數(shù)變化劇烈網(wǎng)格點(diǎn)漸變加密的形式均勻銜接[11]。同時(shí)對網(wǎng)格數(shù)進(jìn)行估計(jì)，以滿足分辨率要求。參考Kolmogorov尺度量級，耗散尺度η和時(shí)間尺度τ如式(1)所示[11]。

非對稱體邊界三維紊流模型，可以較好地解決斜向進(jìn)水側(cè)向泄水圓形消力井中紊流與邊界約束之間的物質(zhì)能量交換問題，進(jìn)而直觀顯示消力井內(nèi)流場的分布情況，如圖3所示。由圖3可知，有限水深斜向進(jìn)水條件下，摻氣射流沿直線呈360°擴(kuò)散沖擊下泄，并與周圍水體產(chǎn)生振弦紊動變形，消力井內(nèi)流場受非對稱體邊界條件約束影響并呈現(xiàn)出不同的流動趨勢:邊界平緩處，主流近似自由紊動射流，緊靠邊界流線接近邊界形狀;邊界急劇變化處，受慣性力作用，流線出現(xiàn)粘滯約束掙脫與邊界分離，并在主流與邊界相接面間形成上下緣旋滾，自由面躍起水突明顯，具有淹沒射流與水躍流混合特征，這與文獻(xiàn)[1]試驗(yàn)研究成果是相一致的。同時(shí)，隨著縱坐標(biāo)Z值的增大，射流豎向時(shí)均流速由中心軸處的最大值逐漸衰減到零值;隨著縱坐標(biāo)X的增大，射流縱向時(shí)均流速不斷減小，縱向時(shí)均流速分布也趨于平坦;主體段不同斷面射流擴(kuò)展長度2b與時(shí)均速度變化分布相似或自保持耦合�？臻g流場A=(X,Y,Z)T變化可表示為無因次高斯型雷諾函數(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3245222