三維自由面湍流場(chǎng)數(shù)值模擬及其在水利工程中的應(yīng)用.pdf

1、該文針對(duì)粘流場(chǎng)數(shù)值模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)作了比較全面的回顧與展望,重點(diǎn)研究了網(wǎng)格生成技術(shù)、數(shù)值求解技術(shù)、湍流模型技術(shù)和動(dòng)邊界模擬技術(shù),在此基礎(chǔ)上建立了模擬自由面湍流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,并成功地應(yīng)用到二維溢流壩和帶閘墩的三維溢流壩過(guò)壩水流的數(shù)值計(jì)算.該文完成的具體工作和主要結(jié)論如下:1)以代數(shù)網(wǎng)格生成方法為基礎(chǔ)提出了一種簡(jiǎn)單的、可獨(dú)立于網(wǎng)格生成方法之外的邊界正交化技術(shù);針對(duì)分區(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格系統(tǒng)建立了分區(qū)交界面處的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型.2)利用有

2、限體積方法在非正交同位網(wǎng)格系統(tǒng)中建立了SIMPLE求解算法,對(duì)非正交網(wǎng)格系統(tǒng)中的邊界條件、延遲修正技術(shù)及計(jì)算節(jié)點(diǎn)的梯度計(jì)算等專(zhuān)題進(jìn)行了深入討論.3)研究比較了各種湍流模型的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,以水翼繞流場(chǎng)為例完成了RNGk-ε模型與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的計(jì)算比較,結(jié)果表明RNGk-ε模型能夠更好地模擬流場(chǎng)的湍流特性.4)研究了運(yùn)動(dòng)邊界模擬技術(shù)中的VOF方法,詳細(xì)建立了一種精度更高的自由面重構(gòu)模型,通過(guò)對(duì)典型運(yùn)動(dòng)界面的數(shù)值模擬表明,該方法能夠更加準(zhǔn)

3、確地確定運(yùn)動(dòng)界面的形狀和位置.5)利用該文建立的非正交網(wǎng)格系統(tǒng)中自由面湍流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型,對(duì)二維溢流壩過(guò)壩水流進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,分析了不同壩頂水頭下的水面線位置、壩面壓力及流量、流速等水流特性,通過(guò)與典型實(shí)驗(yàn)資料的對(duì)比,水面線高度及壩面負(fù)壓極值均與實(shí)驗(yàn)值具有非常好的一致性.6)通過(guò)建立溢流壩和閘墩的三維整體模型,完成了對(duì)三維過(guò)壩水流粘流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算.7)該文建立的三維自由面湍流場(chǎng)模型能夠比較準(zhǔn)確地模擬帶閘墩溢流壩三維過(guò)壩水流湍流場(chǎng),可以針對(duì)不