分流对弯道分流口门分布的影响.pdf

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1、第7期总第２4１期农业科技与装备Ｎo．7ＴotａlＮo．２4１２０１4年7月ＡｇｒｉｃultuｒａlＳｃｉｅnｃｅ＆ＴｅｃhnoloｇyａnｄＥｑuｉｐｍｅntJul．２０１4分流对弯道分流口门分布的影响1，22322孟文，孙宏伟，蒋俊峰，张玲，杨兆君（１．沈阳农业大学水利学院，沈阳１１０866；２．庄河市水库移民后期扶持工作办公室，辽宁大连１１64００；3．中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁丹东１１8００２）摘要：弯道水流运动所涉及的物理量较多，边界条件复杂多变，采用vof和k－ε粘度模型模拟各个工况下的弯道分流，并利用室内弯道分流水槽模型试验结果对数值模型进行验证，在模型验证

2、的基础上增加模拟变量和工况，对影响分水口水力特性的主要影响因素分流比和分流角度进行多组模拟。结果表明：在相同的分流比条件下，当分流角为30°和1２0°时的最大流速值较大。关键词：弯道；分流；流速分布；平面流速；模拟中图分类号：TV1２文献标识码：A文章编号：1674－1161（２014）07－0059－05天然河流依据形态可分为弯曲河流、分汊河流、义。顺直河流和游荡河流四类。弯曲型河道分布非常广1弯道分流对比试验泛，一般多出现在河流的中下游，南运河、荆江、汉江、与本数值模拟研究对比验证的物理模型试验已渭河、辽河等都是著名的弯曲型河流。于２007年1月完成，主要由干水槽和支水槽所组成

3、，弯道水流运动的水力特性相当复杂，引水分流必干槽用于正常过流，主要由上、下游过渡直断和弯道然会使弯道的水流流动形态发生变化，结构更加复杂段组成，均为有机玻璃制造。根据天然河流弯道中心化。水利工程的引水口位置选择不恰当，就会使泥沙角出现的频率，选择弯道模型的中心角为60°。弯道淤积在分流口下方，对河流主流流向和位置、河道冲的过水断面为矩形，底宽0.60m、高0.40m，弯道中淤演变等产生一系列负面影响。研究分流引水对分流心线曲率半径与底宽比值为２.5。取水口的位置选择弯道水流特性的影响，对水利工程的弯道改善具有非在与弯道起始处成45°角的凹岸处，并使弯道的中心常重要的实践意义，其研究

4、成果亦在河道的整治方面线与取水口的中心线夹角为45°。在天然河道中，该具有工程应用价值。模拟分析弯道分流口周围水流的布置形式能最大限度的引水防沙，避免泥沙进入取水三维流场的水力特性，旨在为解决与弯道工程有关的口。模型上游进口处设有２道稳流栅和4m长的过问题提供理论依据。渡直段，避免进口水流的紊动对弯道水流产生干扰；河道分流现象在自然界和水利工程中较为普遍，为使弯道出口水流有足够的过渡段进行环流衰减，出分水道和引水渠是一种普遍的河道分流形式。目前，口水流平顺下泄，在弯道出口段设置4m长的过渡直国内外众多学者对弯道分流进行了深入研究，并较好段，过水断面尺寸与弯道断面尺寸相同。分流支槽底

5、的解决了实际工程应用问题，但鲜有人研究在弯道修宽0.30m、高0.40m，中心线长２m。在干槽和支槽的建引水工程后引水口处的水流水力特性。根据国内外末端处均设置尾门，以控制水槽水深，防止尾水跌落学者在弯道分流方面的经验和结果，采用数值模拟分对上游水流流态产生影响。析的方法，模拟弯道分流取水情况，并通过室内试模模型平面布置情况如图1—２所示。型验证模型的可靠性。在此基础上，模拟多组不同取设试验分流比RQ分别为0.11，0.２3，0.4２，相应水水条件工况，分析弯道分流对分流口附近水力特性的力要素如表1所示。控制利用尾门实现，上游来流水影响规律。不仅能补充水流运动理论，很好的解决弯与分

6、流口下游的水深基本一致。分流比定义为流量Q道取水问题，而且对工程实际和生产研究有重要意之比：η=Q支/Q干。式中：Q干为上游干槽流量；Q支为支水槽流量。2模拟方案制定收稿日期：２014－06－1２作者简介：孟文（１987—），女，硕士、助理工程师，从事水力依靠AutoCAD对水槽进行三维建模，验证物理学及河流动力学方面的研究。模型。对CAD建模而言，其几何要素根据目标物理模60农业科技与装备２０１4年7月型来完成确定。保留45°分流角，对弯道分流口特性进行深入研究。另增设30°、60°、90°、1２0°四种分流角度的模型水槽，水槽模型模拟的何要素见表２。模拟时考虑气相、液相两相流，

7、并留有相应的空间给气体入口，建模的高度取40cm。水槽模型见图3。5个水槽均采用六面体结构网格划分，并在分流区做加密处理。采用VOF法追踪自由水面，计算速度入口边界条件按设计方案给定，即9种分流比工况。3分流对弯道分流口附近平面流速分布的影响弯道纵向流速的流场分布问题是弯道水流结构中相当重要且极复杂的问题，对研究弯道水流水力特图1模型平面布置图性有着极其重要的影响。弯道引水分流，必然使弯道Figure1Theplanelayoutofmodel主流线的位置发生改变，从