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带狭长上室调压室水面线的非恒定全数值仿真计算

华富刚  
【摘要】: 随着现代计算机技术和计算流体动力学(CFD)的发展,相应的CFD数值模拟方法在相关领域中得到了广泛的应用,并已成为当今研究各种流动问题的一种非常重要的方法。在水利工程中,带有自由表面的流动问题广泛存在着,如果能够很好的利用数值模拟解决这类问题,不仅可以对这些水流流动规律进行深入地研究,同时相对于试验来说可以节省人力、财力和时间。本文以某水电站带狭长上室的溢流式尾水调压室为例,探讨了CFD方法在调压室水面线非恒定全数值仿真计算中的应用。 调压室水面波动是一个非恒定过程,计算时需要给出非恒定的边界条件。本文运用CFD方法计算调压室的局部水头损失系数,然后将它输入到水电站过渡过程计算,得到调压室底部随时间变化的边界条件。本文的主要内容如下: 1.简要介绍了计算流体动力学及其数值解法,并对带有自由表面流动问题的常用研究方法进行了总结。 2.用CFD方法计算出调压室的局部水头损失系数,并将计算结果与模型试验值进行比较分析。通过比较,证明计算结果是可靠的。 3.根据计算得到的调压室局部水头损失系数,对水电站进行过渡过程计算,得出调压室底部流量随时间的变化过程曲线。 4.运用CFD方法,将流量变化过程曲线作为调压室底部的非恒定边界条件,采用二维可行化κ-ε湍流模型,结合VOF方法对调压室水面线非恒定过程进行仿真计算,给出了不同时刻调压室水面线的具体分布情况。计算结果比较真实地再现了调压室波动过程。


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