水利工程天然水体自由水面模拟(1)程力学毕业

摘要：水力数值模拟的专题之——自由水面模拟；

关键词：水利 天然水体 自由水面 模拟

我们认为利用计算机模拟计算， vof模型在水利工程天然水体自由水面模拟中的推广应用是有很大前景的，对于一般性的中小工程，vof模型基本上可以代替水工模型实验，可以演算不同工况的水力计算；对于重要和大型工程，利用vof模型和水工模型实验相结合，可以减小实验周期，降低实验成本，并且数字模型和水工模型互相对照，使实验结果更加直观有效。

同时我们也应该看到，由于实际工程中的边界条件较为复杂，vof模型的模拟中边界条件必须准确可靠，使其尽可能的符合实际工程的边界条，以达到最优的计算效果。

本文以作者参与的几个工程实例为契子，抛砖引玉的介绍vof模型在水利工程中的自由水面模拟计算。

一，  排水连接井。

　　工程介绍：这是一个海边火电厂的排水建筑物，为充分掺气将溢流堰做成与水流方向斜交30度角，连接井进口尺寸为2x2.8x2.8（单位：米，以下同），出口尺寸为3.5x4.5,溢流堰采用wes剖面，堰顶水头0.50m，设计流量为24m³/s,采用vof计算模拟如下：

连接井结构图（图1.1）

连接井自由水面及流场矢量图（图1.2）

连接井自由水面及剖面图（图1.3）

连接井自由水面局部（图1.4）

　　图1.1是连接井的三维结构示意图，简化起见，没有表示出构筑物的尺寸，我们可以看出这个连接井是进口高，出口低，中间有一个斜交的溢流堰将其分成两部分（在1.3图可以明显看出剖面中的溢流堰形状）。

　　图1.2是连接井的自由水面及流场矢量图，其中水相和气相的流场都非常清晰，而在溢流堰附近发生明显的紊动流态。

　　图1.3、1.4的可以看出由于高差的存在，水流携带气流混合进入水相的深层。

　　本模型可作为判断掺气情况、是否发生气蚀的参考，同时，由于本连接井是位于地面下的封闭结构，该模型计算可以定量分析所需通气量的大小，这个是其他任何试验模型无法比拟的。

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