泄洪洞三维紊流数值模拟

【摘要】：泄水建筑物的水流特性一般具有三维性和紊动性，对于最常见的泄水建筑物——泄洪洞同时还具有自由表面。泄洪洞带曲线的自由表面，复杂的几何边界给三维数值模拟带来很大难度。本文针对泄洪洞的研究现状和发展动态作了比较全面的回顾与展望。当前，数值模拟技术成为了研究泄洪洞水力特性的重要手段。但是，泄洪洞数值模拟多采用两套不同的数学模型把泄洪洞有压段和明流段分开求解，或只求解其中一部分，解决工程时间问题的能力还不够强大。 本文从N-S方程出发，采用k-ε紊流模型，用VOF方法处理自由表面，利用几何重建格式来生成自由表面，对复杂的边界采用非结构混合网格进行处理，建立了三维泄洪洞有压段和明流段耦合求解的水流数值模型。通过对工程实例的模型试验，得到了全面的试验数据，进一步对该工程泄洪洞的有压段和明流段的紊动流场进行了三维数值模拟，得到了泄流能力、流速场、压力、紊动能和紊动耗散率等的分布规律，数值模拟和试验结果的对比分析表明，两者吻合较好。 所建立的三维紊流数值模型能够比较准确的模拟泄洪洞的三维水流，针对不同的泄洪洞检修门槽和不同反弧型式完成了系列的计算，为泄洪洞的设计提供可靠的分析依据。