三維數(shù)模計算思路

1、2.4技術(shù)路線和研究程序本研究項目主要包括消力池三維數(shù)值計算和模型試驗兩方面內(nèi)容。（1）水力學(xué)三維數(shù)值模擬三維數(shù)值計算擬采用目前國內(nèi)外通用流行的商業(yè)流體計算軟件FLUENT。1）通過資料搜集分析消力池類似問題三維數(shù)值模擬的特點，總結(jié)類似消力池問題 的數(shù)值模擬方法，對比各個計算方法的優(yōu)缺點，針對此工程的特點選擇適宜的計算方 法；2）依據(jù)水位設(shè)計工況，建立三維泄槽、消力池及其下游一定范圍內(nèi)的系統(tǒng)幾何模 型，并分段對各計算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；3）針對消力池底流效能的特點，選用計算精度較高的RNGk-e雙方程紊流模型進(jìn) 行模擬。采用有限體積法對方程進(jìn)行離散，為加速模型的收斂速度，對壓力場和速度 場的耦合

2、問題采用壓力校正算法下的PISO算法，自由液面利用VOF方法進(jìn)行追蹤和 重構(gòu)；4）通過類似工程的三維模擬試驗數(shù)據(jù)驗證其可靠性，或?qū)τ嬎憬Y(jié)果進(jìn)行合理性分 析；5）通過三維數(shù)值模擬結(jié)果，獲得消力池內(nèi)的水面線、流速分布、動水壓力分布等 情況，分析各邊墻段、各底板塊的整體荷載和動水上舉力，研究消力池動水荷載特性， 判斷過流體形的合理性；6）依據(jù)三維數(shù)值模擬結(jié)果，研究在保證消能效果的前提下，縮短消力池長度，簡 化改進(jìn)消力池中后部體形，不斷調(diào)整三維幾何模型，直至得到優(yōu)化的合理計算結(jié)果。2.4.1數(shù)值模型建立三維數(shù)學(xué)模型按照設(shè)計尺寸進(jìn)行建立。模擬范圍：溢流壩前緣上游400m，泄槽及 消力池、消力池尾坎后40

3、0m范圍。計算區(qū)域采用六面體網(wǎng)格劃分，將模型計算區(qū)域劃分為五個部分：溢洪道上游引 渠段、溢洪道閘室段、泄槽段、消力池段、尾坎后護(hù)坦及下游河道一段。本項目主要 計算區(qū)域段為消力池段，故將消力池段區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，對于影響不大的溢洪道上游引渠段、溢洪道閘室段、泄槽段、尾坎后護(hù)坦及下游河道的區(qū)域網(wǎng)格則設(shè)置的較為 稀疏。采用RNGk- 雙方程紊流模型進(jìn)行數(shù)值模擬。Realizable k-&模型的控制方程如下：連續(xù)性方程： 告+ (P.) = 0i動量方程:a uaa xjk方程:a( pk) a( pku)_ aataxax.j+ Gk-ps方程:a(ps) a(psu.)a_+=一asataxax

4、.j 2k + v.V式中：g是關(guān)于平均流速梯度的湍動產(chǎn)生項，g =七歐+字a約；系數(shù)c、。七jc2、。k 和。 分別為：C1 = max(0.43,nm + 5)，其中 n =氣廠 e)? k，ij1(auau.)+L2 ax ax】j i=1.9 ；k T.0 ； % T.2。本研究采用有限體積法對方程進(jìn)行離散，PISO算法協(xié)調(diào)壓力場和速度場的耦合 問題，并采用VOF方法對自由液面進(jìn)行追蹤，自由液面的具體位置采用幾何重建格 式來確定。分析溢洪道泄槽跌坎后消力池內(nèi)的水力特性，其邊界條件主要是流動進(jìn)口邊界、 流動出口邊界以及壁面邊界。對于溢洪道的進(jìn)水口，根據(jù)上游水位，設(shè)定為壓力進(jìn)口 邊界；對于消力池后下游河段尾部，根據(jù)下游水位采用壓力出口邊界。底板為無滑移 固體邊界條件，近壁區(qū)模擬采用壁面函數(shù)法。驗證數(shù)學(xué)模型的可行性：由于本工程沒有原型觀測數(shù)據(jù)、也沒有物理模型測量數(shù)據(jù)，只能用其他類似工程 的原型觀測數(shù)據(jù)或者是物理模型測量數(shù)據(jù)來率定；采用例比法確定相關(guān)模型參數(shù)的取 值；以設(shè)計洪水位工況為例，對模型進(jìn)行三維數(shù)值模擬，通過模擬的計算結(jié)果分析消 力池內(nèi)水面線、流速大小及流場分布情況，分析淹沒射流對消力池底板、邊墻的動水 荷載影響，調(diào)整跌坎位置、高度、入水角度及消力池底板高程、連接坡度、邊墻的擴(kuò) 散角度等體形要素，使