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自由跌水紊流数值模拟

蔡新明  
【摘要】:自由跌水是一种在自然界以及工程应用上普遍存在的水力现象。在水利、市政等工程上发挥着消能、改善水质、输水等作用。跌水的水流特性一般具有三维性和紊动性,同时还具有变化复杂的自由液面。 首先本文针对自由跌水的研究现状和发展动态作了比较全面的回顾。 其次,本文采用k-ε双方程紊流模型结合VOF方法来处理整个跌水过程,利用几何重建格式来生成自由液面,对三维计算区域进行结构化网格处理,建立了数值模型。 在本文中以不同的流量及跌水高度对三维自由跌水的流态、速度场、跌水长度关系式、自由液面、消能率等各种水力特性以及相关物理参数影响,亦对这些问题作了分析。 本文与前人实验和数值研究作了比较,验证效果良好,得到一些规律和认识。另外,本文也探讨了相关模型概化以及局部网格细化的方法,研究分析了模型构建中的难点以及解决方法,这对于提高数值计算精度和效率有很大帮助。


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