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
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纵切面流速矢量图结果：
a：当水头为1.2m时，前宫纵切面流速矢量图如图3-1所示：
3.2流速矢量结果图分析：
前宫：当水头为1.2m时，水流流态比较平稳，扰动小，水流过堰后堰底出现了流速为正的区域，在底部产生漩涡；当水头为1.3m时，水流流动较为剧烈，流态不平稳，扰动大，形成淹没出流；当水头为1.4m时，水头高，水流流速大，流态比较平稳，下游过堰水流扰动小。
后宫：当水头为1.2m时，水流流态比较平稳，扰动小，下游过堰水流在底部产生漩涡；当水头为1.3m时，水流流动较为剧烈，扰动比水头为1.2m时大，过堰水流在底部产生漩涡；当水头为1.4m时，水头高，水流流速大，流态较为平稳，过堰水流在底部产生较小的漩涡。
参考文献
[1]李玲,陈永灿等. 2007.三维VOF 模型及其在溢洪道水流计算中的应用.水力发电学报26(2):83-87.
[2]陈黎,刁明军. 2002.表孔泄洪的水气二相流数值模拟.四川水力发电 21(1):91～93.
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
本文来源: https://www.lw33.cn/article/9621ab2b931ce9c2b8844124.html