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188宝金博页面版: Y型明渠交汇水流分离区的数值分析

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第 !" 卷第 # 期&’()!" *’)#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 %! 月?10) !$$"+,-./012 3/ 4031/01 ./, 5106/’(’7!8 ’9 :.;1< =12’><012作者简介: 郭维东 (%@#@—),男,辽宁北票人,教授,博士,从事水力学与河流动力学研究。 ABC.3(: 7D,(8E%!#) 0’CF 型明渠交汇水流分离区的数值分析郭维东,梁岳,冯亚辉,胡志华(沈阳农业大学水利学院,辽宁 沈阳%%$%#%)摘要: 针对 F 型明渠交汇口 的水流特性, 应用 三维各向异性的雷诺应力模型, 采用 交错网 格上的有限体积法离散控制方程, 用 4GHIJA 算法求解压力 速度场。 数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好, 并据此重点探讨了 不同 交汇角 条件下交汇口 分离 区尺寸的变化规律, 提出 F 型交汇水流分离区的定义和分离区尺寸与汇流比的函数关系 。关键词: 交汇水流; 水流分离区; 分离区尺寸; 汇流比; F 型明渠文献标识码: +中图分类号: 5&%KK文章编号:%$$#!"#L" (!$$")$#!$$L@!$L!"#$%&’() (*()+,&, -. .)-/ ,$0(%(1&-* 2-*$ (1 3"*’1&-*, -. 45,6(0$7 -0$* ’6(**$),88MNO :13B,’/7, JG+*M F>1, PA*MF.B6>3, QN R63B6>. ( !"##$%$ "&’()*+,#-. /0%-0$$*-0%, 12$0(+0% 3%*-.,#4,*+# 50-6$*7-4(, 12$0(+0% %%$%#%, !2-0+)9:,1%(’1: +00’<,3/7 ;’ ;61 9(’D 06.<.0;1<32;302 .; S>/0;3’/2 ’9 FB26.T1, ’T1/ 06.//1(2, ;61 K? ./32’;<’T30 =18/’(,2 2;<122 C’,1(D.2 .,’T;1, 3/ ;632 2;>,8) 561 2;.771<1, 7<3,2BU.21, 93/3;1 -’(>C1 C1;6’, D.2 >21, ;’ ,320<1;1 ;61 0’/;<’( 1V>.;3’/, ./, ;61/ ;61T<122><1B-1(’03;8 931(, D.2 2’(-1, D3;6 ;61 4GHIJA .(7’<3;6C) 561 C’,1( D.2 -1<3931, D3;6 ;61 <1(1-./; 1WT1<3C1/;.( ,.;. D6306D1<1 3/ 0’/9’<C3;8 D3;6 ;61 />C1<30.( <12>(;) +9;1< ;6.;, ;61 -.<3.;3’/ (.D ’9 ;61 23X1 ’9 FB26.T1, 21T.<.;3’/ X’/12 .; S>/0;3’/2 D.2,320>221, >/,1< ,3991<1/; 0’/9(>1/; ./7(12, ./, ;61 ,193/3;3’/ ’9 FB26.T1, 21T.<.;3’/ X’/12 .2 D1(( .2 ;61 <1(.;3’/263T U1;D11/ ;6123X1 ’9 ;61 21T.<.;3’/ X’/12 ./, 0’/9(>1/01 <.;3’ D.2 T>; 9’<D.<,);$+ /-%7,: 0’/9(>1/01 9(’D; 9(’D 21T.<.;3’/ X’/1; 23X1 ’9 21T.<.;3’/ X’/1; 0’/9(>1/01 <.;3’; FB26.T1, ’T1/ 06.//1(明渠交汇河段在我国各大流域分布广泛, 据资料统计[%]F 型交汇占有相当的比重。 交汇口处常常存在污染物滞留、泥沙沉淤等问题,一直以来都是水利、航运、防洪和环保等部门关注的重点。 目前对于F 型明渠交汇的研究[!!K]屈指可数。 从研究深度来看,受试验条件和观测资料等的制约,研究成果局限于现象描述和定性分析。 近年来, 随着数值计算方法的日益成熟和计算机硬件技术的飞速发展, 利用数值计算方法分析复杂流动问题成为可能。 数值方法的实质是求解 *B4 方程 (雷诺方程),时均化的*B4方程是不封闭的, 需要引 入合适的湍流模型以形成封闭的方程组。 常用的湍流模型有涡黏模型 (零方程、一方程、两方程模型)、 雷诺应力模型、 代数应力模型、大涡模拟及直接数值模拟方法。 文献 [L!@]采用涡黏模型对支流斜接干流型交汇口进行了数值模拟,基本上都是基于 Y’>223/12V 的各向同性假设, 难以准确模拟剪切层中平均场流动方向的改变对湍流场的影响,而且在近壁面雷诺数较低,雷诺应力具有明显的各向异性,分子黏性对流动的影响相对增强。现有研究成果已经证实,交汇口分离区有回流存在,雷诺应力模型适用于计算有逆向流速的复杂流动。所以,为了 更准确地反映 F 型明 渠交汇口 流场特性,本文采用 各向 异性的雷诺应力模型进行数值计算。<数学模型的建立<=<基本控制方程目前工程中应用得较为普遍的方法是雷诺时均法。 在流体不可压缩情况下雷诺方程的表达形式为" ,-"8-9 $(%)",-"4: ,;" ,-"8;9 &- <%!" #="8-:%!""8-?"" ,-"8;(<!,;>,-) >(!)式中: -, ; Z %,!,K。在雷诺方程的基础上补充的方程包括:雷诺应力输运方程?@L?水利水电科技进展, !$$", !" ( #)?$#: $![!\K"\#KK[/@A+-#: ;BE 22, C $), C .0244=: DDEEF C 22, C $), C .0

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