竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究.pdf

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1、第44卷第11期人民长江Vo1．44．No．112013年6月YangtzeRiverJune，2013文章编号：1001—4179(2013)11—0081—04竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究王徘，杨文俊2，陈辉2(1．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2．长江科学院，湖北武汉430010)摘要：堤坝等水利水电工程截断河流，鱼道能克服其阻碍作用，使鱼类顺利上溯洄游。采用RNGk一8湍流模型对竖缝与堰组合式鱼道进行数值模拟，对其池室内流速以及紊动能情况进行分析研究。结果表明：该类型鱼道池

2、室内部水力特性稳定，具有竖缝式鱼道和堰式鱼道共同优点，适宜于不同鱼类游过，能较好地适应鱼类上溯。关键词：竖缝式；堰式；数值模拟；水力特性；鱼道中图法分类号：TV135文献标志码：A适应上下游水位变化；组合式鱼道为现代鱼道所1问题的提出常用，能较好发挥各种类型鱼道的水力特性。S．Hei-水利水电工程截断河流，使原本开放、连续的河流merl采用FENFLOSS计算潜孔一竖缝组合鱼道的三维系统在能量流动、物质循环及信息传递等方面产生比水流，计算流场能三维显示鱼道的休息区和主流区，其较大的影响⋯，致使鱼类洄游或其

3、他活动延迟或终水流特征明显与单一的竖缝式鱼道水流特征不同。止，鱼类下行通过坝体建筑物或水轮机时遭受伤害。FujiharaMasayuki采用三维紊流模型及vof自由水面因此，为保护鱼类资源，恢复河流生物多样性，对鱼道处理方法分析了溢流堰一潜孔组合式鱼道的水力特的研究以及建设十分必要。性。然而，竖缝一溢流堰组合式鱼道的数值模拟分目前，鱼道型式大致可分为丹尼尔式、堰流式、孔析却鲜有文献报道。口式、竖缝式以及组合式等几种型式。其中，溢流堰式鱼道适应于喜欢在水体表层洄游和有跳跃习性的2数学模型鱼类，但该鱼类适应上

4、下游水位变动的能力较差；淹没孑L口式鱼道一般适用于喜在水体底层洄游的中、2．1鱼道构造大型鱼类；竖缝式鱼道一般用于适应较复杂流态的本文数学模型计算区域选取5段池室，鱼道坡度中大型鱼类，其效能比堰式和淹没孑L口式充分，且较能3％，横纵断面结构如图1所示。其中，池室长L=414nI50I140I50I70I水流方向u硼(a)横断面(b)纵断面图1计算区域池室横纵断面结构(单位：em)收稿日期：2013—02—27作者简介：王绯，男，硕士研究生，主要从事生态水力学方面的研究。E—mail：interbei@si

5、na．com82人民长江in，宽B=3．5in，高H=3m；竖缝及堰宽b。=b=譬0．5in，堰顶距池室底部1．8m。G为平均速度梯度引起的紊动能k的产生项；G2．2控制方程为浮力引起的紊动能k的产生项；YM为可压紊流中脉(1)连续方程。：动扩张的贡献；C、C、C为经验常数；、or为分别曼!++曼2：0(1)+与k和对应的prandtl数；S、S为自定义源项。OtOxOyOz2．3计算区域及边界条件式中，p为密度；t为时间；1,、、w为速度矢量在、。方为减小进出口边界对池室内流场的影响，本文对向的分量。上

6、游到下游第3级池室内流场进行分析。进口断面距对于不可压流体，密度为常数，连续方程可简化为1级水池1．5in，出口断面距末级水池1．2m。++：0f2)aOyOz模型进口及出口均采用压力边界条件，为方便计(2)动量方程”]：算，进出口水深保持一致，本文选取水深分别为2．2，2．5Ill及2．7m。边墙、底部及隔板设置为固壁边界，曼!兰+曼!2+鱼!兰：+ataxa，az模型粗糙度设置为0．8mm。顶部设置为气体压力进口，压强为1．01X10Pa。o(ou)+(詈)+()一2．4网格划分监+]+S(3)+本文

7、采用贴体网格坐标法，鉴于计算区域相对规OxOxOyOz“、则，全部使用计算稳定、精度高、数据结构简单的六面曼!2+!巳+塑!2：+体网格。由于池室竖缝及溢流堰附近区域水流条件较为复杂，为更好地模拟该区域水力特性，对其进行了网c+c考+c，一格局部加密(见图2)。Ut2apu'v'Op+_a-+]¨(4)avvOz、!2+曼!兰2+曼!2+鱼!2：OtOxOyOz击c+c+杀c一曼++曼]+．s(5)OxOxOyOz、图2计算区域部分网格分布式中，S、S、S为动量方程的广义源项；、、W为、2．5计算方法方向

8、的脉动流速；p为修正压力。为防止迭代过程中数值发散和不稳定，对动量、标(3)k—方程：量输运方程采用了欠松弛技术，压力和速度的耦合采兰一用对压强初始值依赖不强且收敛较好的SIMPLE算OtOx法，时间步长取0．001s。毒+)axj]+(6)3模拟结果与分析Ot+O=在数学模型中，分别对水深2．2，2．5，2．7In的3x毒Ox⋯+毒Ox+种工况进行数值计算，分析不同水位时鱼道池室内水C，詈(G+C3．G)一C2．P}+(7)