吉林大学建设工程学院 地下工程系 长春 130026
迷宫堰是一种实用高效的新型溢流堰，在不改变泄流宽度的情况下，可大幅度提高过流能力，或相同堰顶高程泄流能力增大，在洪水位不变的情况下可加大堰顶高程，从而增大库容，使得洪水位减小，减轻了库区淹没损失。本文主要利用Gambit软件和Fluent软件对迷宫堰进行了三维数值模拟，并对结果进行了对比分析。
1几何三维模型建立
前宮长度5m，后宫长度3m，侧堰长度8m，其中侧堰与前后宫夹角分别为60度和120度，堰高1m，水头为1.2m、1.3m、1.4m，空气厚度为1m，堰前后水流长度均为15m。
2网格划分及计算
先通过CAD软件建立迷宫堰的三维图形，然后导入Fluent的前处理器Gambit软件中，选择求解器，划分网格，设定边界条件，最后再导入Fluent软件中设置计算的其他参数开始计算。
2.1网格划分
由于形体比较规则，故统一采用0.25m网格间距，各个工况下的空间离散的单元个数约为38万个。
2.2 算法及边界条件
采用标准k—ε方程紊流模型计算，在计算域中采用有限体积法进行控制方程的离散。
（1）进口边界条件：由于进口处水位及流量已知，故采用流速进口边界条件。在使用标准k—ε模型时，要给定进口边界上k和ε的估算值，目前没有精确计算这两个参数的公式，在没有任何已知条件时，可根据有关公式估计进口的k和ε的分布（周赤，徐勤勤2001）。空气进口边界条件采用大气压进口边界条件，进口边界上k和ε的估算值与水流进口的值相同。
（2）出口边界条件：出口采用压力出口边界条件。
（3）壁面边界条件：对近壁区流动采用标准壁面函数来模拟，壁面上采用无滑移速度边界条件。
（4）自由水面条件：由于是按定常流计算，并且水流进口有明显的流入边界，所以解是独立于初始时间。按定常流时的VOF方法追踪自由水面。
3软件计算结果展示及分析
3.1纵切面压力线结果：
a：当水头为1.2m时，前宫纵切面压力图如图3-1所示：
图3-2前宫纵切面压力图
c：当水头为1.4m时，前宫纵切面压力图如图3-3所示：
图3-6后宫纵切面压力图
3.2 不同水头压力线图分析：
前宫：压强从下到上逐渐减小，当水头为1.2m时，过堰水流表面出现较大负压；当水头为1.3m时，堰顶处出现负压；当水头为1.4m时，过堰水流表面出现较大负压。
后宫：压强从上到下逐渐增大，当水头为1.2m时，过堰水流表面出现较小负压；当水头为1.3m和1.4m时，过堰水流表面均没有负压出现。
参考文献
[1]王福军.2004.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用.北京：清华大学出版社.
[2]张晓东.2004.8.泄洪洞高速水流三维数值模拟：［博士学位论文］.北京：中国水利水电科学研究院水力学所.
[3]周晓泉.2003.4.复杂边界条件下的三维紊流数值研究：［博士学位论文］.成都：四川大学.
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/8
标签：边界论文; 水头论文; 条件论文; 水流论文; 切面论文; 压力论文; 网格论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;