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有限体积法在分期导流束窄河道流场二维数值模拟中的应用研究

张辉辉  
【摘要】:我国在建或规划设计中的大型水电站主要集中在大江大河的干流上,其电站规模巨大,施工导流工期较长,在施工导流期间不仅需要研究围堰堰脚稳定、河床冲刷、岸坡保护等问题,还需要考虑施工导流期间通航、下游河道淤积等问题。施工导流期间的河道的通航、淤积等问题的解决需要对河道的流速场、纵横向水面线等问题作深入具体的研究,运用传统的施工导流水力学已难以解决,不得不求助于施工数值模拟技术。 有限体积法(FVM)的方程是对控制体写出的积分形式的物理守恒律。该法将计算域划分成若干规则或不规则形状的控制体,对每个控制体分别进行水量和动量平衡计算,得出各控制体边界沿法向输入或输出的流量和动量通量,然后便可计算出时段末各控制体的平均水深和流速。该法的主要特色在于以高精度的向量差分格式(FVS)通过求解局部黎曼问题来估算各网格边界上的法向通量。本研究采用以有限体积法为基础的二维水流模型,对施工导流期间的河道流场进行二维数值模拟研究,并应用于向家坝水电站一期导流工程,对其泄流能力与围堰高程等问题进行了较为系统的研究,与物理模型试验相比较,两者分析结果基本相符。由此,可以认为本文所建立的束窄河道数学模型及其算法是切实可行的。


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