数值模拟在溢洪道体形优化中的应用
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
壁 区 的紊 流
为 了 充 分 发 挥 溢 洪 道 的 泄 洪 能 力 ． 通 过 物 理 模 型 试
验 来 优 化 体 形 ．但 存 在 花 费 较 大 、调 整 体 形 周 期 较
长 和 不 能 反 映 复 杂 流 场 的 内部 结 构 等 问 题 本 文 利 用 ｋ 双 方 程 紊 流 模 型 １． 采 取 瞬 态 Ｐ Ｓ 法 求 解 — ２ １ ＩＯＩ Ｉ 算 压 力 速 度 耦 合 的 方 法 ． 结 合 ＶＯＦ追 踪 自 由 表 面 对 溢 洪 道 体 形 进 行 数 值 模 拟 把 Ｆｕ ｎ Ｉｅ ｔ软 件 计 算 的 结
果 吻合 较 好 ，说 明数 值 模 拟方 法 能 方 便 地应 用 于 溢洪 道 体 形优 化 。 关键 词 ：溢 洪 道 ；体 形 优 化 ；数 值 模 拟 ；两 岔 河 水 电站
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｉ ｈ ｐ ｌ ｙ Ｓ ａ ｅ Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｍ ｒｃ ｌ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｉ ｗａ ｈ ｐ ｔ Ｓ ｏ ｌ ｍｉａ ｉ ｏ
ｔｒ ，ｗ ｔｒ ｄ ｐ ｈ ａ ｏ ｇ ｔ ｅ ｗａ ｎ ｏｔｍ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｓｒ ｕｉ ｎ ｗｅ ｅ ｏ ｔ ｉｅ ． ｈ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｉ ｃ ｎ ｉ ｅ ｔｗ ｔ ｅ ｎ ａｅ ｅ ｔ ｌ ｎ ｈ ｙ ａ ｄ ｂ ｔ ｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉ ｉ ｔ ｒ ｂ ａｎ ｄ Ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌｓ ｔｂ ｏ ｉ ｍｕ ａｉ ｓ ｏ ｓｓ ｎ ｉ ｏ ｔ ｈ
水 力 发 电
第３ 卷第 ３ ６ 期
２１ ０ ０年３月
数 值 模 拟 在 溢 洪 道 体 形 优 化 中 的 应 用
李斌 华 ， 艳 ２刁明 军 ｓ 肖 ，
（． １ 中国 中铁 二院工程 集 团有 限责任 公司 ． 四川 成 都 ６ ０ ３ ； １０ １
２ ．四川 省 冶 金 设 计 研 究 院 ． 四川 成都 ６０４ ： １ ０ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｉ ｗ ｙ ｓ ａ ｅ ｏ ｉｎ ６ ａ ｅ Ｈｙ ｒｐ ｗ ｒＳａ ｉｎ ｗａ ｐ ｉ ｚ ｄ ｗｉ — — ｑ ａ ｉｎ ｔｒ ｕ ｅ ｔ ｄ ｌ ｔ ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｐ ｌ ａ ｈ ｐ ｆ ａ ｇ ｈ ｈ ｄ ｏ ｏ ｅ ｔｔ ｓｏ ｔ ｌ Ｌ ｏ ｍｉｅ ｔ ｈ ｓｔ ｗｏ ｅ ｕ ｔ ｕ ｂ ｌｎ ｏ ｍｏ ｅ 。 ｒ — ａ ｓ ｎ Ｉ Ｏ ａｇ ｒｔｍ ｏ ｏ ｖｎ ｒ ｓｕ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｏ ｐｉ ｇ ａ ｄ ＶＯＦ ｍｅｈ ｄ ｆｒｔａ ｋｎ ｈ ｒ ｅ ｓ ｒ ｃ ， ｎ ｈ ｌｗ ｐ ｔ ｉ ｔＰ Ｓ ｌｏ ｉ ｅ ｈ ｆｒｓ ｌ ｉｇ ｐ ｅ ｓ ｒ — ｅ ｏ ｉ ｃ ｕ ｌ ， ｎ ｙ ｎ ｔ ｏ ｒ ｃ ｉ ｇ ｔ ｅｆｅ ｕ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ａ ・ ｏ ｆ ｏ
２．Ｓｃ ａ ｅａ ｕ ｇｃ ｌＤｅ ｉｎ ＆ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｔ ｕ ｅ ｉｈｕ ｎ Ｍ ｔｌ ｒ ｉａ ｓｇ ｓ ａ ｃ ｎｓｉ ｔ ．Ｃｈｅ ｇ ｕ Ｓ ｅ ａ ０ ｔ ｎ ｄ ｉｈｕ ｎ ６１ ０４１ ；
３ ＳａｅＫｅ ａ ｏａｏ ＇ ｆ ｄａ ｌ ｓ＆ Ｍ‘ ｔｉ ｉｅ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｓｅ ｕ ｎＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ ｉｈ ａ １ ０ ５ ． ｔｔ ｙＬ ｂ ｒｌＤ ｏ ｒｕｉ Ｈｙ ｃ ｍｎａｎ Ｒ ｖｒＥ ｇｎ ｅ ｎ ， ｉｈ ａ ｉｅｓｔ Ｃ ｅ ｇ ｕＳｃ ｕ ｎ ６ ０ ６ ） ｉ ｙ
Ｌ Ｂ Ｙ ｎ， ｉ Ｍ￣ｇ ｏ ｏ ｎ ｕ
（． ｉａＲａｌ ｙＥ￣ｕ ｎＥ ｇｎ ｅ ｎ ｏ ｐＣ ．Ｌｄ， ｈ ｎ ｄ ｉｈ ａ １ ０ １ １ Ｃｈｎ ｉ ｗａ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇＧｒｕ ｏ， ｔ ．Ｃ ｅ ｇ ｕＳｃ ｕ ｎ６ ０ ３ ； ｉ
ｐ ｙ ｉａ ｈ ｓｃ ｌｍｏｄ ｌｔｓ． ｅ ｅ ｔ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｐ ｌ ａ ； ｈ ｐ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ Ｌ ａ ｇ ｈ ｈ ｄ ｏ ｏ ｒＳａ ｉｎ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｓ ｉｗ ｙ ｓ ａ ｅｏ ｔ ｌ ｍｉ ｉ ； ｕ ｒ ａ ｍｕ ａｉ ； ｉｎ ｃ ａ ｅ Ｈｙ ｒ ｐ ｗｅ ｔｔ ａｏ ｉ ｓ ｏ ｏ
所 有 变 量 的 法 向 梯 度 为 零 ． 压 力 值 设 为 大 气 压 。 固
标 准 洪 水 ． 保 证 大 坝 安 全 但 溢 洪 道 进 口位 置 地 形
一
般 比 较 复 杂 ． 导 致 流 态 紊 乱 、泄 流 能 力 不 稳 定 Ｕ Ｉ
肇 采 用 尤 滑 移 边 界 条 件 ．采 用 壁 面 函数 法 【 算 近 ７ Ｉ 计
３ ．四川大 学水力 学 与山 区河流 开发保 护国家 重点实验 室 ．四川 成都 ６ ０ ６ ） １ ０ ５
畿 。
摘
要：利用 ｋ ｅ双方程紊流模型 ，采取瞬态 ＰＳ － ＩＯ算法求解压力一速度耦合的方法 ，结合 Ｖ Ｆ追踪 自由表面对溢 ≯ｒ Ｏ
洪道 体 形 进 行 数值 模 拟 优 化 ，得 到 了 溢 洪 道 内 流态 、沿 程 水 深 和底 板 压 力 的分 布 。通 过 物理 模 型 试 验 验证 ，两 者 结
中 图 分类 号 ：Ｖ ５ ．（７ ） Ｔ ６ １１２ １
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：５ ９ ９ ４ （０ ０ ０ － ０ ６ ０ ０ ５ — ３ ２ ２ １ ）３ ０ ３ － ３
溢 洪 道 是 一 种 常 见 的 泄 水 建 筑 物 ．用 于 宣 泄 超
矩 形 分 布 出 口断 面 的 水 流 充 分 发 展 ，设 出 口断 面
为 了 充 分 发 挥 溢 洪 道 的 泄 洪 能 力 ． 通 过 物 理 模 型 试
验 来 优 化 体 形 ．但 存 在 花 费 较 大 、调 整 体 形 周 期 较
长 和 不 能 反 映 复 杂 流 场 的 内部 结 构 等 问 题 本 文 利 用 ｋ 双 方 程 紊 流 模 型 １． 采 取 瞬 态 Ｐ Ｓ 法 求 解 — ２ １ ＩＯＩ Ｉ 算 压 力 速 度 耦 合 的 方 法 ． 结 合 ＶＯＦ追 踪 自 由 表 面 对 溢 洪 道 体 形 进 行 数 值 模 拟 把 Ｆｕ ｎ Ｉｅ ｔ软 件 计 算 的 结
果 吻合 较 好 ，说 明数 值 模 拟方 法 能 方 便 地应 用 于 溢洪 道 体 形优 化 。 关键 词 ：溢 洪 道 ；体 形 优 化 ；数 值 模 拟 ；两 岔 河 水 电站
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｉ ｈ ｐ ｌ ｙ Ｓ ａ ｅ Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｍ ｒｃ ｌ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｉ ｗａ ｈ ｐ ｔ Ｓ ｏ ｌ ｍｉａ ｉ ｏ
ｔｒ ，ｗ ｔｒ ｄ ｐ ｈ ａ ｏ ｇ ｔ ｅ ｗａ ｎ ｏｔｍ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｓｒ ｕｉ ｎ ｗｅ ｅ ｏ ｔ ｉｅ ． ｈ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｉ ｃ ｎ ｉ ｅ ｔｗ ｔ ｅ ｎ ａｅ ｅ ｔ ｌ ｎ ｈ ｙ ａ ｄ ｂ ｔ ｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉ ｉ ｔ ｒ ｂ ａｎ ｄ Ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌｓ ｔｂ ｏ ｉ ｍｕ ａｉ ｓ ｏ ｓｓ ｎ ｉ ｏ ｔ ｈ
水 力 发 电
第３ 卷第 ３ ６ 期
２１ ０ ０年３月
数 值 模 拟 在 溢 洪 道 体 形 优 化 中 的 应 用
李斌 华 ， 艳 ２刁明 军 ｓ 肖 ，
（． １ 中国 中铁 二院工程 集 团有 限责任 公司 ． 四川 成 都 ６ ０ ３ ； １０ １
２ ．四川 省 冶 金 设 计 研 究 院 ． 四川 成都 ６０４ ： １ ０ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｉ ｗ ｙ ｓ ａ ｅ ｏ ｉｎ ６ ａ ｅ Ｈｙ ｒｐ ｗ ｒＳａ ｉｎ ｗａ ｐ ｉ ｚ ｄ ｗｉ — — ｑ ａ ｉｎ ｔｒ ｕ ｅ ｔ ｄ ｌ ｔ ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｐ ｌ ａ ｈ ｐ ｆ ａ ｇ ｈ ｈ ｄ ｏ ｏ ｅ ｔｔ ｓｏ ｔ ｌ Ｌ ｏ ｍｉｅ ｔ ｈ ｓｔ ｗｏ ｅ ｕ ｔ ｕ ｂ ｌｎ ｏ ｍｏ ｅ 。 ｒ — ａ ｓ ｎ Ｉ Ｏ ａｇ ｒｔｍ ｏ ｏ ｖｎ ｒ ｓｕ ｅ ｖ ｌ ｃｔ ｏ ｐｉ ｇ ａ ｄ ＶＯＦ ｍｅｈ ｄ ｆｒｔａ ｋｎ ｈ ｒ ｅ ｓ ｒ ｃ ， ｎ ｈ ｌｗ ｐ ｔ ｉ ｔＰ Ｓ ｌｏ ｉ ｅ ｈ ｆｒｓ ｌ ｉｇ ｐ ｅ ｓ ｒ — ｅ ｏ ｉ ｃ ｕ ｌ ， ｎ ｙ ｎ ｔ ｏ ｒ ｃ ｉ ｇ ｔ ｅｆｅ ｕ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ａ ・ ｏ ｆ ｏ
２．Ｓｃ ａ ｅａ ｕ ｇｃ ｌＤｅ ｉｎ ＆ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｔ ｕ ｅ ｉｈｕ ｎ Ｍ ｔｌ ｒ ｉａ ｓｇ ｓ ａ ｃ ｎｓｉ ｔ ．Ｃｈｅ ｇ ｕ Ｓ ｅ ａ ０ ｔ ｎ ｄ ｉｈｕ ｎ ６１ ０４１ ；
３ ＳａｅＫｅ ａ ｏａｏ ＇ ｆ ｄａ ｌ ｓ＆ Ｍ‘ ｔｉ ｉｅ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｓｅ ｕ ｎＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ ｉｈ ａ １ ０ ５ ． ｔｔ ｙＬ ｂ ｒｌＤ ｏ ｒｕｉ Ｈｙ ｃ ｍｎａｎ Ｒ ｖｒＥ ｇｎ ｅ ｎ ， ｉｈ ａ ｉｅｓｔ Ｃ ｅ ｇ ｕＳｃ ｕ ｎ ６ ０ ６ ） ｉ ｙ
Ｌ Ｂ Ｙ ｎ， ｉ Ｍ￣ｇ ｏ ｏ ｎ ｕ
（． ｉａＲａｌ ｙＥ￣ｕ ｎＥ ｇｎ ｅ ｎ ｏ ｐＣ ．Ｌｄ， ｈ ｎ ｄ ｉｈ ａ １ ０ １ １ Ｃｈｎ ｉ ｗａ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇＧｒｕ ｏ， ｔ ．Ｃ ｅ ｇ ｕＳｃ ｕ ｎ６ ０ ３ ； ｉ
ｐ ｙ ｉａ ｈ ｓｃ ｌｍｏｄ ｌｔｓ． ｅ ｅ ｔ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｐ ｌ ａ ； ｈ ｐ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ Ｌ ａ ｇ ｈ ｈ ｄ ｏ ｏ ｒＳａ ｉｎ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｓ ｉｗ ｙ ｓ ａ ｅｏ ｔ ｌ ｍｉ ｉ ； ｕ ｒ ａ ｍｕ ａｉ ； ｉｎ ｃ ａ ｅ Ｈｙ ｒ ｐ ｗｅ ｔｔ ａｏ ｉ ｓ ｏ ｏ
所 有 变 量 的 法 向 梯 度 为 零 ． 压 力 值 设 为 大 气 压 。 固
标 准 洪 水 ． 保 证 大 坝 安 全 但 溢 洪 道 进 口位 置 地 形
一
般 比 较 复 杂 ． 导 致 流 态 紊 乱 、泄 流 能 力 不 稳 定 Ｕ Ｉ
肇 采 用 尤 滑 移 边 界 条 件 ．采 用 壁 面 函数 法 【 算 近 ７ Ｉ 计
３ ．四川大 学水力 学 与山 区河流 开发保 护国家 重点实验 室 ．四川 成都 ６ ０ ６ ） １ ０ ５
畿 。
摘
要：利用 ｋ ｅ双方程紊流模型 ，采取瞬态 ＰＳ － ＩＯ算法求解压力一速度耦合的方法 ，结合 Ｖ Ｆ追踪 自由表面对溢 ≯ｒ Ｏ
洪道 体 形 进 行 数值 模 拟 优 化 ，得 到 了 溢 洪 道 内 流态 、沿 程 水 深 和底 板 压 力 的分 布 。通 过 物理 模 型 试 验 验证 ，两 者 结
中 图 分类 号 ：Ｖ ５ ．（７ ） Ｔ ６ １１２ １
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：５ ９ ９ ４ （０ ０ ０ － ０ ６ ０ ０ ５ — ３ ２ ２ １ ）３ ０ ３ － ３
溢 洪 道 是 一 种 常 见 的 泄 水 建 筑 物 ．用 于 宣 泄 超
矩 形 分 布 出 口断 面 的 水 流 充 分 发 展 ，设 出 口断 面