平底突扩三元水跃流场的数值模拟
发布时间：2021-01-10 10:54
应用湍流RNG k-ε模型封闭流体力学方程组,VOF法追踪自由表面,采用非定常流动PISO算法对R型水跃,S型临界式水跃和S型淹没式水跃进行了数值模拟。结果表明,采用Fluent软件对平底突扩三元水跃进行数值模拟具有较强的适用性。3种水跃在水流的上部区域均形成逆时针方向的翻滚漩涡。S型临界式水跃（z=0.024 m）发生了对称扩散,并在x=1.00 m断面与x=1.30 m断面之间形成了对称分布的漩涡。发现水流紊动能最大值在水跃中部,R型水跃发生的紊动能较大,S型临界式水跃和S型淹没式水跃两者的紊动能相近。分析中轴立面流速分布后,发现在相同位置的横断面上,R型水跃流速均较大。水跃区内,R型水跃边界层变化不大,S型临界式水跃边界层增长缓慢,S型淹没式水跃边界层增加趋势明显。S型淹没式水跃最大流速值以较快速率减小,并且最大流速值相比另外两种工况时小。
【文章来源】：黑龙江大学工程学报. 2020,11(03)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
3个工况下中轴立面紊动能分布
3个工况下中轴立面流速分布沿程变化图见图5。由图5(a)可见,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小;由图5(b)可见,在x=0.60 m断面之前,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小到零,之后向上游反方向增加;在x=0.90 m断面,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小;由图5(c)可见,在x=0.90 m断面之前,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小到零,之后向上反方向增加;在x=1.20 m断面,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小。按照边界层理论,边界层厚度δ为各断面上流速最大值至底板的间距。图5(a)中,在x=1.20 m断面之前,边界层厚度δ沿程变化不大,大致在0.01 m高度,在x=1.20 m断面之后,边界层厚度δ逐渐增大到水面附近。图5(b)中,在x=1.20 m断面之前,边界层厚度δ沿程略有增加,但增加趋势平缓,在x=0.90 m断面之后,界层厚度δ逐渐增大到水面附近。图5(c)中,在x=1.20 m断面之前,边界层厚度δ沿程逐渐增加,增加趋势明显,在x=1.20 m断面之后,边界层厚度δ逐渐增大到水面附近。
3个工况下横断面最大流速沿程变化见图7。由图7可见,3个工况下,横断面最大流速沿程逐渐减小,不同之处在于:R型水跃,在x=1.50 m处最大流速值变化开始减小,减小到0.8 m/s左右时最大流速趋于平稳;S型临界式水跃,在x=1.20 m处最大流速值变化开始减小,减小到0.6 m/s左右时最大流速趋于平稳;S型淹没式水跃,在x=1.00 m处最大流速值变化开始减小,减小到0.5 m/s左右时最大流速趋于平稳。由此得出:S型淹没式水跃在较短的区域内,最大流速值以较快速率减小,并且区域平稳时的最大流速值相比另外两种工况下要小。图7 3个工况下横断面最大流速沿x轴变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有水平流动的混合流体对流的扰动方程组[J]. 宁利中,张迪,宁碧波,田伟利. 黑龙江大学工程学报. 2020(01)
[2]突然扩散水跃方程的近似解[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,王新宏,田伟利,刘爽. 应用力学学报. 2019(03)
[3]突然扩散水跃方程的显式解[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,王新宏,田伟利,刘爽. 水利水运工程学报. 2018(05)
[4]考虑扩散比影响的突扩水跃共轭水深计算研究[J]. 渠亚伟,宁利中,宁碧波,王新宏,刘爽,田伟利. 水资源与水工程学报. 2018(03)
[5]突然扩散水跃方程的改进与比较[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,田伟利. 长江科学院院报. 2019(08)
[6]闸后三元突扩水跃特性初步研究[J]. 韩伟濛,郄志红,苗臣伟,吴鑫淼. 人民黄河. 2018(03)
[7]跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用[J]. 杨宇,张家明,陈维亮. 南水北调与水利科技. 2017(05)
[8]阵列式燕尾坎水力特性研究[J]. 王晶,邓军,吕利,杨正丽. 水力发电学报. 2017(03)
[9]突跌渐扩消力池体型优化及水力特性分析[J]. 罗永钦. 水力发电学报. 2016(02)
[10]消力池尾坎坡度对水跃及排砂效果影响的试验研究[J]. 张春妮,田忠,王韦. 水力发电. 2016(01)
硕士论文
[1]平底突扩断面渠道的水力性能研究[D]. 高远.西北农林科技大学 2017
本文编号：2968581
【文章来源】：黑龙江大学工程学报. 2020,11(03)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
3个工况下中轴立面紊动能分布
3个工况下中轴立面流速分布沿程变化图见图5。由图5(a)可见,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小;由图5(b)可见,在x=0.60 m断面之前,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小到零,之后向上游反方向增加;在x=0.90 m断面,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小;由图5(c)可见,在x=0.90 m断面之前,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小到零,之后向上反方向增加;在x=1.20 m断面,流速在水跃区各断面从底板开始逐渐增大到最大值Umax,然后逐渐减小。按照边界层理论,边界层厚度δ为各断面上流速最大值至底板的间距。图5(a)中,在x=1.20 m断面之前,边界层厚度δ沿程变化不大,大致在0.01 m高度,在x=1.20 m断面之后,边界层厚度δ逐渐增大到水面附近。图5(b)中,在x=1.20 m断面之前,边界层厚度δ沿程略有增加,但增加趋势平缓,在x=0.90 m断面之后,界层厚度δ逐渐增大到水面附近。图5(c)中,在x=1.20 m断面之前,边界层厚度δ沿程逐渐增加,增加趋势明显,在x=1.20 m断面之后,边界层厚度δ逐渐增大到水面附近。
3个工况下横断面最大流速沿程变化见图7。由图7可见,3个工况下,横断面最大流速沿程逐渐减小,不同之处在于:R型水跃,在x=1.50 m处最大流速值变化开始减小,减小到0.8 m/s左右时最大流速趋于平稳;S型临界式水跃,在x=1.20 m处最大流速值变化开始减小,减小到0.6 m/s左右时最大流速趋于平稳;S型淹没式水跃,在x=1.00 m处最大流速值变化开始减小,减小到0.5 m/s左右时最大流速趋于平稳。由此得出:S型淹没式水跃在较短的区域内,最大流速值以较快速率减小,并且区域平稳时的最大流速值相比另外两种工况下要小。图7 3个工况下横断面最大流速沿x轴变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有水平流动的混合流体对流的扰动方程组[J]. 宁利中,张迪,宁碧波,田伟利. 黑龙江大学工程学报. 2020(01)
[2]突然扩散水跃方程的近似解[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,王新宏,田伟利,刘爽. 应用力学学报. 2019(03)
[3]突然扩散水跃方程的显式解[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,王新宏,田伟利,刘爽. 水利水运工程学报. 2018(05)
[4]考虑扩散比影响的突扩水跃共轭水深计算研究[J]. 渠亚伟,宁利中,宁碧波,王新宏,刘爽,田伟利. 水资源与水工程学报. 2018(03)
[5]突然扩散水跃方程的改进与比较[J]. 宁利中,渠亚伟,宁碧波,田伟利. 长江科学院院报. 2019(08)
[6]闸后三元突扩水跃特性初步研究[J]. 韩伟濛,郄志红,苗臣伟,吴鑫淼. 人民黄河. 2018(03)
[7]跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用[J]. 杨宇,张家明,陈维亮. 南水北调与水利科技. 2017(05)
[8]阵列式燕尾坎水力特性研究[J]. 王晶,邓军,吕利,杨正丽. 水力发电学报. 2017(03)
[9]突跌渐扩消力池体型优化及水力特性分析[J]. 罗永钦. 水力发电学报. 2016(02)
[10]消力池尾坎坡度对水跃及排砂效果影响的试验研究[J]. 张春妮,田忠,王韦. 水力发电. 2016(01)
硕士论文
[1]平底突扩断面渠道的水力性能研究[D]. 高远.西北农林科技大学 2017
本文编号：2968581
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