直角交汇明渠水流二维数值模拟

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1、ClassifiedIndex:TV133U.D.C:626DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTwo-DimensionalNumericalSimulationofWaterFlowat90-DegreeOpen-ChannelJunctionCandidate：TanZhulinSupervisor：AssociateProf.PengYangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：HydrologyandWaterResourcesSchool：Sch

2、oolofRenewableEnergyDateofDefence：March,2012Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity华北III力人学硕I:学位论文摘要自然河流系统和人工水利渠道中，普遍存在水流交汇现象。与一般顺直水流相比，交汇水流由于受主支流的流量比、流体物理属性、入汇角、渠道条件（如糙率、坡降、尺寸、形状)、出口水深等多种因素影响，水力特性较为复杂，给河道治理、取排水口设置、航道管理、防洪安全等带来一系列问题，如交汇口泥沙容易淤积成滩，分离区回旋水流积聚污染物，流域汛期干支流洪峰

3、重叠。因此进行交汇水流运动规律研究具有重要的理论意义和现实意义。论文采用数值模拟方法对交汇口二维水流运动特性进行了模拟研究，主要内容如下：(1)根据控制体积法建立了等宽直角交汇水流平面二维数学模型，并采用SIMPLE算法进行求解。计算结果与试验资料吻合较好，在此基础上分析了交汇口水流的运动规律。(2)综合流线法和等值线法的优点，提出了定义分离区尺寸的混合法，即确定顺主流x方向流速为零的最下游点，取此点到交汇口下唇的距离为分离区长度；作过点的流线，取此流线y方向的最大距离为分离区宽度。(3)采用CFD软件Fluent及其RSM紊流模型，对二维等宽直角交汇水流的分离区尺寸进行了研究

4、，并将计算结果与试验资料以及巳有的H-L模型、k-e模型模拟结果进行对比，结果表明，RSM模型的模拟效果较好。(4)采用Huent及其RSM模型计算了不同主支槽槽宽比例下的分离区尺寸，并讨论了分离区尺寸与槽宽比之间的一系列关系，包括：分离区长度、宽度、形状系数、主槽收缩系数分别与槽宽比例的变化规律，无量纲化分离区长度与主支槽水流动量比的变化规律。(5)釆用软件Fluent及其RSM模型模拟了交汇水流中物质的扩散，结果发现浓度场扩散表现出明显的单向特征，以及把排污口设在主槽远支槽一侧利于污染物迁移到下游。关键词：明渠交汇口；二维水流模拟；Fluent;分离区尺寸；物质扩故肀北屯力

5、人学硕}：学位论文AbstractConfluencesofmainstreamandtributarystreamarecommoninnaturalriversystemsandartificialwaterchannels.Comparingwiththestraightwaterflowintheopenchannel,therearemixedfactorscharacterizingthejunctionflow'scomplexhydrodynamics,includingdischargeratio,flowphysics,confluentangle,chan

6、nels'conditions(likeroughness,slope,size,shape)anddepthofwaterofoutlet，resultinginawiderageofpotentialproblemsinthefieldsofriverregulation,intake-or-outfallsetting，waterwaymanagement,floodcontrol,etc..Forexample,sedimentdepositionislikelytomakeshoalsatjunctions,theswingingseparationzoneaccum

7、ulatespollutants,andfloodpeaksfrommainstreamandtributarystreamoverlap.Therefore,researchofthelawofwatermovementofconfluencesisofgreattheoreticalandpracticalinterests.Inordertosystematicallystudytheeffectsofdifferentboundaryconditiononconfluencehydr