琴鍵堰水力特性的三維數(shù)值模擬與部分體型參數(shù)研究.pdf

1、琴鍵堰(Piano Key Weirs)是一種創(chuàng)新性的自由式迷宮堰,它采用向上下游倒懸延伸的設(shè)計(jì)代替垂直設(shè)計(jì),大大縮減了基座面積,增強(qiáng)了適用性,使其既可以應(yīng)用到新建工程中,又可以應(yīng)用在已建壩體上。琴鍵堰具有非常突出的超泄能力,尤其在低水頭情況下,其泄流量幾乎與溢流前沿呈正比。由于琴鍵堰發(fā)展歷史較短,幾何參數(shù)復(fù)雜,目前已有部分實(shí)驗(yàn)研究,但是對(duì)其水力特性的認(rèn)識(shí)與分析并不充分,所以,本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)琴鍵堰的水力特性及其部分體型參數(shù)進(jìn)行

2、研究,對(duì)琴鍵堰的應(yīng)用與推廣具有重要的意義。,
　　水流控制方程采用三維雷諾平均的N~S方程,湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型, SIMPLE算法,有限體積法進(jìn)行迭代求解,并用VOF方法處理自由水面。根據(jù)琴鍵堰集合區(qū)域復(fù)雜的特點(diǎn),采用分塊結(jié)構(gòu)方案,在琴鍵段采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,以適應(yīng)復(fù)雜的幾何變化,在堰頂以上以及上游渠段和下游渠段采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,應(yīng)用CFD軟件對(duì)琴鍵堰進(jìn)行數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。<

3、br>　　本文中所做的具體工作如下:(1)對(duì)琴鍵堰進(jìn)行數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,證明了使用湍流數(shù)值模擬的計(jì)算方法對(duì)琴鍵堰流場進(jìn)行數(shù)值模擬的可行性;(2)分析了同一琴鍵堰模型中堰上水頭與泄流量之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)隨著堰上水頭的增加,泄流量增加但泄流效率降低;(3)對(duì)琴鍵堰幾何參數(shù)進(jìn)行研究,詳細(xì)分析了進(jìn)出口寬度比與泄流量、堰高與泄流量之間的關(guān)系,及其影響機(jī)制。得出以下結(jié)論:進(jìn)出口寬度比應(yīng)取1.2—1.5