基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究
发布时间：2020-12-20 12:42
为研究局部断面突缩对溃坝水流演进的影响,采用有限体积法数值离散雷诺时均方程,并以COBRAS模型为基础建立了三维k-ε紊流数学模型,利用压力隐式算子分割法求解紊流方程,自由液面采用流体体积法追踪。通过经典溃坝物理模型试验资料对数学模型进行验证,在此基础上,数值模拟了局部断面突缩条件下的溃坝水流特性。计算结果表明:断面突缩引发了水流的强烈紊动,断面上游发生水跃、形成负波;溃坝水流在断面收缩处快速雍高,而后向上下游逐渐扩散;动压强在突缩断面的最大洪峰形成过程中达到了最大值,然后逐渐减小;总压强在突缩断面最大洪峰形成前后的一段时间内保持着较为稳定的最大值。
【文章来源】：水力发电学报. 2016年05期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
物理模型剖面图
戎贵文，等：基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究97（c）t=0.52s（d）t=0.76s图2不同时刻水位剖面图Fig.2Developmentofwatersurfaceprofilesatasequenceoftimes4模型应用4.1物理模型所用的物理模型是Kocaman[3]关于溃坝问题的试验和理论研究时使用的水槽模型（见图3）。该模型整体上是一个六面体，长8.9m，宽0.30m，高0.34m。挡板将模型分为上、下游两个部分，上游为有水区域，代表水库库区，下游为无水区域。初始时刻水槽上游水位为0.25m，下游无水。在下游1.52m处水槽两侧设置有两个对称的梯形底面四棱柱，以形成局部收缩断面，最窄处为0.1m。（a）主视图（b）俯视图图3模型平面图Fig.3Planeviewofphysicalmodel4.2网格划分及边界条件以六面体结构网格对模型整体进行网格划分，网格划分尺寸为Δx=Δy=Δz=5mm，网格单元数为913920个。上游进口没有来水流量补充，故将上游进口按壁面边界条件处理，在壁面上采用无滑移条件；下游出口为自由出流；上部为压力进口边界，设定压力为零（相对压力）；其它边界均按壁面边界条件，采用等效糙率的方法处理，并兼顾考虑突缩断面的滞水及阻水作用，糙率选取0.025。4.3模拟结果当模拟计算开始，即模型中挡板拔除后，上游水槽中的水体在重力的作用下迅速向下游流动，使得上游水位迅速下降，下游水位逐渐抬升，由于水槽局部断面突缩，当水流遇到突缩断面后产生了负波，下游水体的水深、流速、压强等水力要素相应的发生很大变化。4.3.1负波的形成与传播图4为负波形成与传播过程云图，图中左侧的虚线表示坝体溃决口位置，右侧两条实线和两条虚线组成了断面变形的区域。（a）负波形成（b）负波传播图4负波形成与传播过程云图Fig.4Contoursofnegative
戎贵文，等：基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究97（c）t=0.52s（d）t=0.76s图2不同时刻水位剖面图Fig.2Developmentofwatersurfaceprofilesatasequenceoftimes4模型应用4.1物理模型所用的物理模型是Kocaman[3]关于溃坝问题的试验和理论研究时使用的水槽模型（见图3）。该模型整体上是一个六面体，长8.9m，宽0.30m，高0.34m。挡板将模型分为上、下游两个部分，上游为有水区域，代表水库库区，下游为无水区域。初始时刻水槽上游水位为0.25m，下游无水。在下游1.52m处水槽两侧设置有两个对称的梯形底面四棱柱，以形成局部收缩断面，最窄处为0.1m。（a）主视图（b）俯视图图3模型平面图Fig.3Planeviewofphysicalmodel4.2网格划分及边界条件以六面体结构网格对模型整体进行网格划分，网格划分尺寸为Δx=Δy=Δz=5mm，网格单元数为913920个。上游进口没有来水流量补充，故将上游进口按壁面边界条件处理，在壁面上采用无滑移条件；下游出口为自由出流；上部为压力进口边界，设定压力为零（相对压力）；其它边界均按壁面边界条件，采用等效糙率的方法处理，并兼顾考虑突缩断面的滞水及阻水作用，糙率选取0.025。4.3模拟结果当模拟计算开始，即模型中挡板拔除后，上游水槽中的水体在重力的作用下迅速向下游流动，使得上游水位迅速下降，下游水位逐渐抬升，由于水槽局部断面突缩，当水流遇到突缩断面后产生了负波，下游水体的水深、流速、压强等水力要素相应的发生很大变化。4.3.1负波的形成与传播图4为负波形成与传播过程云图，图中左侧的虚线表示坝体溃决口位置，右侧两条实线和两条虚线组成了断面变形的区域。（a）负波形成（b）负波传播图4负波形成与传播过程云图Fig.4Contoursofnegative
【参考文献】：
期刊论文
[1]非统一结构网格下高精度溃坝水流数值模拟[J]. 毕胜,周建中,刘懿,张华杰,赵越. 水力发电学报. 2014(01)
[2]涌潮作用下丁坝附近水流运动特性的数值模拟研究[J]. 戎贵文,魏文礼,刘玉玲,许光泉. 水利学报. 2012(03)
[3]溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型[J]. 宋利祥,周建中,王光谦,王玉春,廖力,谢田. 水科学进展. 2011(03)
[4]二维溃坝波数值模型及其应用[J]. 潘存鸿,鲁海燕,郑君,于普兵. 水力发电学报. 2010(04)
[5]基于非结构网格的溃坝水流干湿变化过程数值模拟[J]. 张大伟,李丹勋,王兴奎. 水力发电学报. 2008(05)
本文编号：2927883
【文章来源】：水力发电学报. 2016年05期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
物理模型剖面图
戎贵文，等：基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究97（c）t=0.52s（d）t=0.76s图2不同时刻水位剖面图Fig.2Developmentofwatersurfaceprofilesatasequenceoftimes4模型应用4.1物理模型所用的物理模型是Kocaman[3]关于溃坝问题的试验和理论研究时使用的水槽模型（见图3）。该模型整体上是一个六面体，长8.9m，宽0.30m，高0.34m。挡板将模型分为上、下游两个部分，上游为有水区域，代表水库库区，下游为无水区域。初始时刻水槽上游水位为0.25m，下游无水。在下游1.52m处水槽两侧设置有两个对称的梯形底面四棱柱，以形成局部收缩断面，最窄处为0.1m。（a）主视图（b）俯视图图3模型平面图Fig.3Planeviewofphysicalmodel4.2网格划分及边界条件以六面体结构网格对模型整体进行网格划分，网格划分尺寸为Δx=Δy=Δz=5mm，网格单元数为913920个。上游进口没有来水流量补充，故将上游进口按壁面边界条件处理，在壁面上采用无滑移条件；下游出口为自由出流；上部为压力进口边界，设定压力为零（相对压力）；其它边界均按壁面边界条件，采用等效糙率的方法处理，并兼顾考虑突缩断面的滞水及阻水作用，糙率选取0.025。4.3模拟结果当模拟计算开始，即模型中挡板拔除后，上游水槽中的水体在重力的作用下迅速向下游流动，使得上游水位迅速下降，下游水位逐渐抬升，由于水槽局部断面突缩，当水流遇到突缩断面后产生了负波，下游水体的水深、流速、压强等水力要素相应的发生很大变化。4.3.1负波的形成与传播图4为负波形成与传播过程云图，图中左侧的虚线表示坝体溃决口位置，右侧两条实线和两条虚线组成了断面变形的区域。（a）负波形成（b）负波传播图4负波形成与传播过程云图Fig.4Contoursofnegative
戎贵文，等：基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究97（c）t=0.52s（d）t=0.76s图2不同时刻水位剖面图Fig.2Developmentofwatersurfaceprofilesatasequenceoftimes4模型应用4.1物理模型所用的物理模型是Kocaman[3]关于溃坝问题的试验和理论研究时使用的水槽模型（见图3）。该模型整体上是一个六面体，长8.9m，宽0.30m，高0.34m。挡板将模型分为上、下游两个部分，上游为有水区域，代表水库库区，下游为无水区域。初始时刻水槽上游水位为0.25m，下游无水。在下游1.52m处水槽两侧设置有两个对称的梯形底面四棱柱，以形成局部收缩断面，最窄处为0.1m。（a）主视图（b）俯视图图3模型平面图Fig.3Planeviewofphysicalmodel4.2网格划分及边界条件以六面体结构网格对模型整体进行网格划分，网格划分尺寸为Δx=Δy=Δz=5mm，网格单元数为913920个。上游进口没有来水流量补充，故将上游进口按壁面边界条件处理，在壁面上采用无滑移条件；下游出口为自由出流；上部为压力进口边界，设定压力为零（相对压力）；其它边界均按壁面边界条件，采用等效糙率的方法处理，并兼顾考虑突缩断面的滞水及阻水作用，糙率选取0.025。4.3模拟结果当模拟计算开始，即模型中挡板拔除后，上游水槽中的水体在重力的作用下迅速向下游流动，使得上游水位迅速下降，下游水位逐渐抬升，由于水槽局部断面突缩，当水流遇到突缩断面后产生了负波，下游水体的水深、流速、压强等水力要素相应的发生很大变化。4.3.1负波的形成与传播图4为负波形成与传播过程云图，图中左侧的虚线表示坝体溃决口位置，右侧两条实线和两条虚线组成了断面变形的区域。（a）负波形成（b）负波传播图4负波形成与传播过程云图Fig.4Contoursofnegative
【参考文献】：
期刊论文
[1]非统一结构网格下高精度溃坝水流数值模拟[J]. 毕胜,周建中,刘懿,张华杰,赵越. 水力发电学报. 2014(01)
[2]涌潮作用下丁坝附近水流运动特性的数值模拟研究[J]. 戎贵文,魏文礼,刘玉玲,许光泉. 水利学报. 2012(03)
[3]溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型[J]. 宋利祥,周建中,王光谦,王玉春,廖力,谢田. 水科学进展. 2011(03)
[4]二维溃坝波数值模型及其应用[J]. 潘存鸿,鲁海燕,郑君,于普兵. 水力发电学报. 2010(04)
[5]基于非结构网格的溃坝水流干湿变化过程数值模拟[J]. 张大伟,李丹勋,王兴奎. 水力发电学报. 2008(05)
本文编号：2927883
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