基于VOF法长陡坡排水隧洞三维数值模拟

发布时间：2018-12-14 04:18

【摘要】：针对工程实践中某长陡坡排水隧洞的3种设计方案,即长直陡坡式、台阶陡坡式、环形堰竖井式,其流场特性、消能效果等依据经验公式法计算困难,建立了RNGk-ε双方程紊流数学模型,应用VOF法处理水气两相流自由液面,以结构化网格和非结构化网格相结合的形式进行网格剖分,采用标准壁面函数法求解水流近壁区流速,展开了多工况三维数值模拟研究.得到并分析了不同计算工况排水隧洞水流基本形态、泄流能力、消能效果、压力分布等,最终比选出台阶陡坡式方案为该排水隧洞的最佳设计方案,后期应针对性地对其合理性进行物理模型试验验证.利用CFD数值模拟法解决工程实际问题的同时,也为水利水电工程中大流量冲沟排水问题的研究提供了参考和依据.
[Abstract]:In view of the three design schemes of a long steep slope drainage tunnel in engineering practice, that is, long straight steep slope type, step steep slope type, annular Weir shaft type, its flow field characteristics and energy dissipation effect are difficult to calculate according to empirical formula method. The mathematical model of RNGk- 蔚 two-equation turbulent flow is established. The free liquid surface of water and gas two-phase flow is treated by VOF method. The flow velocity near the wall is solved by the standard wall function method in the form of the combination of structured grid and unstructured grid. Three-dimensional numerical simulation of multi-working conditions was carried out. The basic form of flow, discharge capacity, energy dissipation effect and pressure distribution of drainage tunnel under different calculation conditions are obtained and analyzed. Finally, the optimal design scheme of this drainage tunnel is selected as step steep slope scheme. The rationality should be verified by physical model test. The CFD numerical simulation method is used to solve the practical problems of engineering, and it also provides a reference and basis for the study of the drainage problem of large discharge gullies in water conservancy and hydropower projects.
【作者单位】： 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(编号:50809052)
【分类号】：TV135.2

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本文编号：2377909