数值模拟中微厚透水物糙率处理方法探讨.pdf

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1、第46卷第17期人民长江VoI．46．No．172015年9月YangtzeRiverSep．，2015文章编号：1001—4179(2015)17—0040—03数值模拟中微厚透水物糙率处理方法探讨胡静，魏清福，曾睛扬(上海勘测设计研究院有限公司，上海200434)摘要：水利工程数值模拟计算中常需科学合理地概化实际工程中的透水物糙率，以反映透水物对水流的真实影响。对微厚透水物在流体数值模拟中的糙率处理方法进行了探讨，提出了一种新的糙率概化方法，即时原状透水物进行水槽试验，通过假定明渠长度将局部水头损失换算成沿程水头损失，再将换算数值应用于数模计算中。以东太湖昊江区第一水

2、厂集中供水水源地的蓝藻隔离栏为例，通过具体工程实践介绍其使用方法，为不规则孔眼透水物以及使用过程中性质发生较大改变的透水物糙率率定提供了新的思路。关键词：数值模拟；透水物；糙率；水头损失中图法分类号：S157文献标志码：ADoI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．17．010实际所占体积(三维模型)或者面积(二维模型)的比1研究背景例进行分摊。但对于微厚任意孔眼状透水物来目前，确定透水物糙率常采用的方法有3种：经验说，量化其在流体数值模拟计算单元中实际所占体积公式法，同比例或变比例缩放物理模型试验测定法，以或者面积的比例较为困难，无法直接采用分

3、摊法。而及在流体数值模拟中概化透水物糙率的糙率分摊法，且透水物在水流的长期作用下，其孔眼形状、透水性能上述3种方法均存在着各自的优点和不足。已发生了较大变化，也给数值模拟中的透水物糙率概经验公式法需要已知透水物的材质及孔眼尺寸，化造成了一定的障碍。因此，探究一种能广泛应用于但在实际运用中，透水物的形状可能不规则，水流作用微厚透水物的糙率概化方法具有十分重要的意义。下其透水性能可能受外部因素影响发生较大改变，使2糙率概化方法得采用经验公式法存在较大误差；另外，各种新材料的发展也使得经验公式法的使用存在越来越多的困2．1方法简介难⋯。笔者提出的微厚透水物糙率概化方法是将原状透

4、同比例或变比例物理模型试验测定法较为成熟，水物在物理模型中进行原状水槽试验，将局部的水头但通常需要透水物具有较明确的尺寸和较规则的形状损失通过假定明渠长度换算成一定明渠长度上的沿程才能按照物理模型比尺要求缩放，以便于进行物理模水头损失，使得换算的数值可以方便地在数值模拟中型试验。不规则或者孔径非常小的透水物无法按照物运用，主要包括以下步骤：①通过水槽试验，多组次测理模型比尺要求进行缩放，难以通过物理模型试验确定原状透水物在不同入水深度和水流流速条件下产生定糙率“。的上下侧水头差；②建立微厚透水物在水中阻挡比例流体数值模拟中透水物糙率概化法是指对具有一与等效糙率关系，假定明

5、渠长度z，将微厚透水物造定体积的透水物，在流体数值模拟中采用糙率分摊法成的局部水头损失换算为等长度明渠上的沿程水头损进行概化，即把通过试验或者经验公式计算得到的透失，计算该段明渠上的等效糙率；③根据数值模型中水物体糙率，按照其体积在流体数值模拟计算单元中概化透水物，将等效渠糙率换算成网格的糙率。收稿日期：2015—03—21基金项目：水利部公益性行业科研专项经费项目(201301076)作者简介：胡静，男，高级工程师，硕士，主要从事水利规划与研究工作。E—mail：Hujingl07@163．tom42人民长江根据工程的实际需求建立数学模型，将滤网概化理试验时，可适用于难

6、以精确测量滤网孔径及难以找在一定长度的网格上，假设网格长度为z，根据网格到替代滤网的材料等各种工况。为解决无法通过公式的长度z：与假定明渠长度z。的比值，根据式(2)可将直接推求糙率的问题，通过透水物阻水机制研究及水物理模型计算所得的糙率换算到任意网格中，然后进力学公式推导，使得水槽试验的结果能直接运用到二行模型计算。维水流数学模型中，并能较好地反映现状工况。(2)通过多组模型试验和数值处理手段，建立了透水物阻水比例与等效糙率关系式，使试验结果适用童于任意阻水比例的透水物；同时，在阻水比例相同的情餐况下，通过公式推导，建立等效糙率与水深的关系式，珊使水槽试验结果适用于实际

7、使用中的任意水深。(3)由于微厚透水物厚度较小，数模实际概化过程中，无法将其概化为具有一定糙率的区域，本文通过图4水头差与单宽流量的关系曲线水力学理论推导，将部分断面阻水的局部水头损失概化成过网水头损失与绕流水头损失，并通过设定一个0·25明渠长度，将局部水头损失换算成沿程水头损失，使水0．20籁槽试验成果能够直接适用于二维水流模型中任意大小0．15的网格。0．10咿(参考文献：0·05[1]李炜，徐孝平．水力学[M]．武汉：武汉大学出版社，1999．0102030405060708090100[2]陈椿庭，姜国干，李桂芬．水