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带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场的数值模拟

陈永明  
【摘要】: 在水利工程中,带有复杂自由表面的流动问题广泛存在着,如溢流堰及溢流坝流,表孔泄流,水闸泄流,带有自由表面的渗流以及大型水坝船闸内流体流动等。如果能够很好的利用数值模拟解决这类问题,不仅可以很好地对这些水流流动结构进行研究,同时相对于试验来说可以节省人力、财力和时间。本文利用流体计算软件FLUENT,对带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场的数值模拟,进行了一系列的研究,分别进行了闸孔出流、溢流坝流动、宽顶堰流的计算,重点研究了宽顶堰流的数值模拟,对数值模拟带有复杂自由表面的紊流流动的合适的计算模型和自由面调整的具体方法进行了探索研究,说明了利用FLUENT软件来进行水利工程中的带有复杂自由水面的泄水建筑物水流问题研究是可行的,其结果是合理的。本文的主要内容有: 1.对带有自由表面流动问题的常用研究方法进行了总结。 2.简要介绍了流体计算软件FLUENT,并给出了利用FLUENT软件计算的常见的水流现象,所得结果是合理的。 3.在实验室水槽中,对圆角进口宽顶堰进行了多组水流试验,测得流量、堰顶水头,中心剖面水面线,典型断面速度分布和堰后回流区大小,整理数据绘出了几种流量情况下的中心剖面自由水面线。 4.利用三维标准k ?ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合。说明FLUENT软件数值模拟带有复杂自由表面的宽顶堰流是可行的,其结果是合理可靠的。 研究表明,利用FLUENT软件数值模拟宽顶堰流得到的结果是合理的。计算


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