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等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

周舟 曾诚 周婕 王玲玲 丁少伟

周舟,曾诚,周婕,等. 等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2020(1):32-39. doi:  10.12170/20190501005
引用本文: 周舟,曾诚,周婕,等. 等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2020(1):32-39. doi:  10.12170/20190501005
(ZHOU Zhou, ZENG Cheng, ZHOU Jie, et al. Numerical investigation on distribution characteristics of velocities at equal-width open-channel confluences[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(1): 32-39. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190501005
Citation: (ZHOU Zhou, ZENG Cheng, ZHOU Jie, et al. Numerical investigation on distribution characteristics of velocities at equal-width open-channel confluences[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(1): 32-39. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190501005

等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟

doi: 10.12170/20190501005
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2017YFC0405605,2016YFC0401503);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2016B05114,20185044412);国家自然科学基金资助项目(51879086)
详细信息
    作者简介:

    周 舟(1994—),男,江苏南通人,硕士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail:zhou.z.work@live.com

    通讯作者:

    曾 诚(E-mail:c.zeng@foxmail.com

  • 中图分类号: TV131.2

Numerical investigation on distribution characteristics of velocities at equal-width open-channel confluences

  • 摘要: 明渠水流的交汇现象在涉水工程中十分常见,其中交汇口流速的分布特性复杂,对渠道的设计与维护有着直接的影响。针对明渠交汇流的流速分布特性,基于雷诺方程模型(RSM)与体积函数法(VOF)建立等宽明渠交汇流三维数值模型,结合物理试验数据进行模型验证,对不同交汇角与流量比组合工况进行模拟研究,对交汇口水流流速的分布特性进行分析。计算结果表明,交汇口流速存在分区特征,交汇口内流线弯曲流速偏转,下游会出现回流结构与断面环流现象。当交汇角增大时,水流的偏转幅度更大,回流结构与环流现象增强,分区特征更明显,渠道边壁受到的水体冲击更大;当流量比增大时,主渠水体受到的挤压效应减弱,流速分区特征受到抑制,水流交汇更平顺,边壁受到的冲刷更少。
  • 图  1  交汇口二维概化特征区域示意

    Figure  1.  2D generalized schematic of junction

    图  2  计算区域示意图

    Figure  2.  Schematic of the calculation area

    图  3  水面线计算结果对比(点:物理实测值;线:模型计算结果)

    Figure  3.  Comparison of free surface profiles (Point: physical measured results; Line: RSM results)

    图  4  交汇口下游测点流速剖面对比(点:物理实测值;线:模型计算结果)

    Figure  4.  Comparison of streamwise velocity profiles (Point: physical measured results; Line: RSM results)

    图  5  水平截面中U *与流线分布

    Figure  5.  Streamlines and U * velocity contour in two horizontal sections

    图  6  竖直截面中的U *分布

    Figure  6.  U * velocity contour in vertical sections

    图  7  竖直截面X *=−2中的速度矢量分布

    Figure  7.  Vector fields of velocity in vertical section (X *=−2)

    图  8  q=0.250时不同交汇角度下截面Z *=0.278内U *与流线分布

    Figure  8.  Streamlines and U * velocity contour in section Z *=0.278 for different junction angles (q=0.250)

    图  9  q=0.250时不同交汇角度下截面X *=−2内U *与速度矢量分布

    Figure  9.  U * velocity contour and vector fields in section X *=−2 for different junction angles (q=0.250)

    图  10  θ=90°时不同流量比工况下截面Z *=0.278内U *与流线分布

    Figure  10.  Streamlines and U * velocity contour in section Z *=0.278 for different discharge ratios (θ=90°)

    图  11  θ=90°时不同流量比工况下截面X *=−2内U *与速度矢量分布

    Figure  11.  U * velocity contour and vector fields in section X *=−2 for different discharge ratios (θ=90°)

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-01
  • 刊出日期:  2020-02-01

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