泄洪洞的紊流數值模擬及試驗研究.pdf

1、泄水建筑物的水流特性—般具有三維性和紊動性，對于最常見的泄水建筑物—泄洪洞同時還具有自由表面。泄洪洞帶曲線的自由表面，復雜的幾何邊界給三維數值模擬帶來很大難度。泄洪洞作為主要的泄洪建筑物之一，在峽谷型大中型水利樞紐中得到廣泛的應用，泄洪洞常常采用模型試驗的方式來驗證工程的安全性。本文針對泄洪洞的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)作了比較全面的回顧與展望。當前，數值模擬技術成為了研究泄洪洞水力特性的重要手段，數值模擬日益成為研究高速水流的重要技術工具，在

2、邊界條件正確、網格劃分合理、數學模型選擇恰當的前提下，數值模擬能夠真實反映模擬對象的水流特性。本文利用商用軟件FLUENT對甘肅黑河三道灣水電站泄洪排水洞進行物理模型對照的三維數值計算。 本文從N-S方程出發(fā)，利用有限體積法對高水頭下水庫無壓泄水洞水流進行了紊流數值模擬，根據多種紊流模型的優(yōu)缺點進行比較，選擇了Launder和Spalding于1972年提出的標準的k-ε紊流模型，用VOF方法處理自由表面，利用幾何重建格式來生成

3、自由表面，對復雜的邊界采用非結構網格進行處理。在對方程離散時采用了交錯網格技術，在對離散方程求解時則采用了交替方向疊代技術(ADI法)。為保證數值計算的穩(wěn)定性和精確性，采用了目前較為流行的SIMPLER類計算程序。通過對工程實例的模型試驗，得到了全面的試驗數據，進一步對該工程泄洪洞明流段的紊動流場進行了三維數值模擬，得到了泄流能力、流速場、壓力、水面線等的分布規(guī)律，數值模擬和試驗結果的對比分析表明，兩者吻合較好。 建立的三維紊流