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計代替垂直設計,大大縮減了基座面積,增強了適用性,使其既可以應用到新建工程中,又可以應用在已建壩體上。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)復雜,目前已有部分實驗研究,但是對其水力特性的認識與分析并不充分,所以,本文采用數(shù)值模擬的方法對琴鍵堰的水力特性及其部分體型參數(shù)進行

2、研究,對琴鍵堰的應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,湍流模型為標準k-ε湍流模型, SIMPLE算法,有限體積法進行迭代求解,并用VOF方法處理自由水面。根據(jù)琴鍵堰集合區(qū)域復雜的特點,采用分塊結構方案,在琴鍵段采用非結構化網(wǎng)格,以適應復雜的幾何變化,在堰頂以上以及上游渠段和下游渠段采用結構化網(wǎng)格,應用CFD軟件對琴鍵堰進行數(shù)值模擬,在此基礎上又進行了數(shù)值模擬與實驗研究及實驗數(shù)據(jù)的對比分析。<

3、br>　　本文中所做的具體工作如下:(1)對琴鍵堰進行數(shù)值模擬,在此基礎上又進行了數(shù)值模擬與實驗研究及實驗數(shù)據(jù)的對比分析,證明了使用湍流數(shù)值模擬的計算方法對琴鍵堰流場進行數(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)對琴鍵堰幾何參數(shù)進行研究,詳細分析了進出口寬度比與泄流量、堰高與泄流量之間的關系,及其影響機制。得出以下結論:進出口寬度比應取1.2—1.5