基于SPH法对波状底板上水跃的数值模拟

发布时间：2020-04-07 09:02

【摘要】：水跃是水工建筑物中常用的消能形式之一,跃长、跃后水深决定实际工程中消力池长度及护坦高度。但由于水跃具有淹没度、紊动性从而使自由液面具有多变性;同时数值模拟时,对紊流模型的建立与求解及复杂自由液面的追踪问题的处理较为困难,导致对水跃进行试验、理论、数值模拟方面的研究都面临诸多问题。光滑粒子流体动力学(SPH)法在处理大变形问题以及自由表面追踪问题具有独特的优势。因此本论文将利用SPH法,使用开源代码SPHysics并结合现已有国外试验研究数据分析波状消力池底板上的水跃特性;探究波状消力池底板的波形、波峰、波长三个影响因素对水跃特性的影响,以提高消能率为目标,得到较优波形,为此类消能工的研究提供参考数据。经研究分析得出主要结论有:SPH方法对波状底板研究的适用性,且波状底板上跃长、尾水深较光滑底板上均有所减小,且消能率明显增加,突出波状底板在消能方面的优越性。所研究的三种波状底板,它们的消能率皆高于光滑底板。其中消能率较高是三角形底板,其次是正弦形,消能效果较差的是梯形底板。相同条件下,波高与跃后水深、跃长成正比,与消能率成反比;波长与跃长、消能率成正比,与跃后水深成反比。因此,若要提高消能率应该在适当条件下,减小波高,增大波长。
【图文】：

图 2.1 粒子 i 的支持域了保证粒子间相互作用力间存在物理意越小彼此影响越小；粒子间距越小，相互距离增大时，光滑函数的值应该呈现单调光滑长度 h 趋于零时，光滑函数体现狄克lim(',)(')0Wrrhrrh = →δ 某些粒子在不同位置时，，但它们到给定相同的，即要求光滑函数为偶函数。同时近似表达式（2-4）在点 r 处采用泰勒级数。])(')((')(',)'22rrrRrrWrrhdr + ×

法中对时间步长提供了四种数值计算方法：预测校正tic 算法、Beeman 算法。在本研究中选取的是预测校演变过程，对动量、密度、位置、能量方程的表述形)1+n。nananavvv = +1 +1/22nananaρ =ρ ρ+1 +1/22nananarrr = +1 +1/22nananae =e e+1 +1/22索法代码中将计算域划分为边长为 2h 的正方形单元见图 集的范围，可以发现相邻单元中依然存在大量粒子作用仅是黑点描述的区域。因此确定粒子相互作用范的部分粒子而非全部粒子。这样对每个时间步的步次（N 为粒子总数），从而大大缩短了计算时间，提高了
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV135.2

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本文编号：2617711