留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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°)

  • [1] WEBBER N B, GREATED C A. An investigation of flow behaviour at the junction of rectangular channels[J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 1966, 34(3): 321-334. doi:  10.1680/iicep.1966.8925
    [2] BEST J L, REID I. Separation zone at open-channel junctions[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1984, 110(10): 1588-1594.
    [3] HSU C, WU F, LEE W. Flow at 90° equal-width open-channel junction[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1998, 124(2): 186-191. doi:  10.1061/(ASCE)0733-9429(1998)124:2(186)
    [4] WEBER L J, SCHUMATE E D, MAWER N. Experiments on flow at a 90° open-channel junction[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2001, 127(5): 340-350. doi:  10.1061/(ASCE)0733-9429(2001)127:5(340)
    [5] Huang J, Weber L J, Lai Y G. Three-dimensional numerical study of flows in open-channel junctions[J]. Journal of hydraulic engineering, 2002, 128(3): 268-280. doi:  10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:3(268)
    [6] 冯亚辉, 郭维东. Y型明渠交汇水流数值计算[J]. 水利水运工程学报,2006(4):34-40. (FENG Yahui, GUO Weidong. Numerical simulation of flow at Y-shaped open channel junction[J]. Hydro-Science and Engineering, 2006(4): 34-40. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2006.04.006
    [7] 茅泽育, 赵升伟, 张磊, 等. 明渠交汇口三维水力特性试验研究[J]. 水利学报,2004,35(2):1-7. (MAO Zeyu, ZHAO Shengwei, ZHANG Lei, et al. Experimental study on 3D flow characteristics at the confluence of open channels[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2004, 35(2): 1-7. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2004.02.001
    [8] 茅泽育, 赵雪峰, 许昕, 等. 交汇水流三维数值模型[J]. 科学技术与工程,2007,7(5):800-805. (MAO Zeyu, ZHAO Xuefeng, XU Xin, et al. 3D numerical model for confluence flow[J]. Science Technology and Engineering, 2007, 7(5): 800-805. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1671-1815.2007.05.034
    [9] 刘同宦, 郭炜, 詹磊. 90°支流入汇区域时均流速分布特征试验研究[J]. 水科学进展,2009,20(4):485-489. (LIU Tonghuan, GUO Wei, ZHAN Lei. Experimental study of the velocity profile at 90° open channel confluence[J]. Advances in Water Science, 2009, 20(4): 485-489. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1001-6791.2009.04.005
    [10] LUO H, FYTANIDIS D K, SCHMIDT A R, et al. Comparative 1D and 3D numerical investigation of open-channel junction flows and energy losses[J]. Advances in Water Resources, 2018, 117: 120-139. doi:  10.1016/j.advwatres.2018.05.012
    [11] SCHINDFESSEL L, CREËLLE S, DE MULDER T. How different cross-sectional shapes influence the separation zone of an open-channel confluence[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2017, 143(9): 04017036. doi:  10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001336
    [12] YUAN S, TANG H, XIAO Y, et al. Turbulent flow structure at a 90-degree open channel confluence: Accounting for the distortion of the shear layer[J]. Journal of Hydro-Environment Research, 2016, 12: 130-147. doi:  10.1016/j.jher.2016.05.006
    [13] XIAO Y, XIA Y, YUAN S, et al. Flow structure and phosphorus adsorption in bed sediment at a 90° channel confluence[J]. Journal of Hydrodynamics (SerB), 2017, 29(5): 902-905. doi:  10.1016/S1001-6058(16)60804-1
    [14] 董壮. 三维水流数值模拟研究进展[J]. 水利水运工程学报,2002(3):66-73. (DONG Zhuang. Advances in 3-D flow numerical simulation[J]. Hydro-Science and Engineering, 2002(3): 66-73. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2002.03.014
    [15] LAUNDER B E, REECE G J, RODI W. Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2006, 68(3): 537-566.
  • [1] 张铭, 谢红, 杨宇, 王晓刚, 赵建平.  崔家营枢纽下游流场模拟与鱼类水力特性偏好研究 . 水利水运工程学报, 2021, (5): 40-47. doi: 10.12170/20201128001
    [2] 王浩然, 王志亮, 王星辰.  含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟 . 水利水运工程学报, 2021, (4): 46-53. doi: 10.12170/20200912001
    [3] 康永德, 侯精明, 石宝山, 郭敏鹏, 潘占鹏, 于国强, 洪增林.  泥石流的数值模拟及危险性评价 . 水利水运工程学报, 2021, (4): 75-84. doi: 10.12170/20201029001
    [4] 刘明维, 曾丽琴, 陈刚, 沈立龙, 牟治忠, 王明镜.  内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟 . 水利水运工程学报, 2020, (1): 74-83. doi: 10.12170/20181204005
    [5] 钟亮, 姜彤, 韩正国.  大尺度散粒体周围水流结构试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (1): 67-75. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.009
    [6] 赵正文, 冯民权, 程刚, 唐洋.  城市人工湖动态换水水位对流速分布影响 . 水利水运工程学报, 2018, (4): 88-95. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.013
    [7] 黄佑鹏, 王志亮, 毕程程.  岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
    [8] 王倩芸, 储昊.  透水框架的三方柱绕流数值分析 . 水利水运工程学报, 2016, (6): 61-68.
    [9] 魏炳乾, 严培, 庞洁, 刘洋, 周双明, 李强.  浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟 . 水利水运工程学报, 2015, (5): 30-37.
    [10] 王敏, 程文, 施练东, 黄晶, 闵亮, 郑建刚.  汤浦水库泥沙冲淤分布数值模拟 . 水利水运工程学报, 2015, (6): 107-111.
    [11] 王芳芳.  三维数值模拟在泵站侧向进水前池的应用 . 水利水运工程学报, 2014, (2): 54-59.
    [12] 沈照伟, 潘存鸿, 叶碎高, 王立辉, 鲁海燕.  基于二维溃坝波数值模拟的生命损失估算 . 水利水运工程学报, 2013, (4): 24-28.
    [13] 李春光,景何仿,吕岁菊,周炳伟.  大柳树一沙坡头河段泥沙运移二维数值模拟 . 水利水运工程学报, 2011, (4): -.
    [14] 郭杰,蒋昌波,陈杰,张春财.  稳定冲坑内剖面二维悬移质扩散的数值研究 . 水利水运工程学报, 2010, (2): -.
    [15] 杨忠超,文岑,许光祥,陈明栋,杨斌.  乌江银盘航电枢纽明渠通航方案数值模拟 . 水利水运工程学报, 2009, (3): -.
    [16] 莫思平,辛文杰,应强.  广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 42-46.
    [17] 潘存鸿,鲁海燕,曾剑.  钱塘江涌潮特性及其数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [18] 何杰,辛文杰.  潮汐河口汊道治理的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 61-66.
    [19] 何建京,王惠民.  粗糙床面明渠水力特性研究 . 水利水运工程学报, 2004, (3): 19-23.
    [20] 陈为博,杨敏.  用VOF方法数值模拟溢流堰流场 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 42-45.
  • 加载中
图(11)
计量
  • 文章访问数:  926
  • HTML全文浏览量:  406
  • PDF下载量:  41
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-01
  • 刊出日期:  2020-02-01

/

返回文章
返回