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块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟

杨昌明 姚池 兰雁 邹瑞 黄劲松

杨昌明, 姚池, 兰雁, 邹瑞, 黄劲松. 块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟[J]. 水利水运工程学报, 2019, (3): 41-50. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.006
引用本文: 杨昌明, 姚池, 兰雁, 邹瑞, 黄劲松. 块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟[J]. 水利水运工程学报, 2019, (3): 41-50. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.006
YANG Changming, YAO Chi, LAN Yan, ZOU Rui, HUANG Jinsong. Numerical simulation of influences of underwater riprap blocks' hape and size on horizontal drag force coefficients[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (3): 41-50. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.006
Citation: YANG Changming, YAO Chi, LAN Yan, ZOU Rui, HUANG Jinsong. Numerical simulation of influences of underwater riprap blocks' hape and size on horizontal drag force coefficients[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (3): 41-50. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.006

块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.006
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51509104

;南昌大学研究生创新专项资金资助项目 CX2017073

详细信息
    作者简介:

    杨昌明(1993—),男,安徽宣城人,硕士研究生,主要从事水利工程相关数值模拟研究。E-mail:1343415376@qq.com

    通讯作者:

    姚池(E-mail:chi.yao@ncu.edu.cn)

  • 中图分类号: TV86

Numerical simulation of influences of underwater riprap blocks' hape and size on horizontal drag force coefficients

  • 摘要: 水平拖曳力系数是研究黄河坝垛水下散抛根石受水流作用的重要力学参数,而水流流速、根石尺寸和根石在水中的仰角对水平拖曳力系数有着不同程度的影响。基于试验数据,应用FLOW-3D数值模拟软件,采用RNG k-ε紊流模型、VOF方法和FAVOR技术模拟水下块体在水流作用下的水平拖曳力。在数值模拟结果验证可靠的前提下,分析块体不同尺寸及其与水流不同夹角对水平拖曳力系数的影响。数值模拟结果表明:当长高比小于等于3.0,水平拖曳力系数随块体长高比增大,先处于波动状态,随后趋于稳定;当长高比大于3.0,水平拖曳力系数随长高比增大而增大;水平拖曳力系数随块体宽高比增大而先增后减,最后保持稳定;水平拖曳力系数随着水流夹角角度增大而先减后增,当夹角为3°时出现最小值。
  • 图  1  物理试验布置

    Figure  1.  Layout of physical experiments

    图  2  模型布置和网格划分

    Figure  2.  Model layout and mesh generation

    图  3  入口流量曲线

    Figure  3.  Discharge curves at inlet

    图  4  Discharge curves at inlet

    Figure  4.  Comparison between curves of block experimental discharge and baffle discharge

    图  5  块体水平拖曳力

    Figure  5.  Block horizontal drag force

    图  6  块体与球体水平拖曳力对比曲线

    Figure  6.  Comparison curves between horizontal drag force of blocks and sphere

    图  7  块体与球体水平拖曳力系数对比曲线

    Figure  7.  Comparison curves of horizontal drag force coefficients of blocks and sphere

    图  8  长高比对水平拖曳力系数影响变化

    Figure  8.  Effects of length-height ratio on horizontal drag force coefficients

    图  9  长高比与水平拖曳力系数关系曲线

    Figure  9.  Effects of length-height ratio on horizontal drag force coefficients

    图  10  不同宽高比对块体水平拖曳力系数的影响

    Figure  10.  Effects of different width-height ratios on block horizontal drag force coefficients

    图  11  宽高比与水平拖曳力系数关系曲线

    Figure  11.  Relationship curves between width-height ratio and horizontal drag force coefficients

    图  12  不同块体角度流速与水平拖曳力和拖曳力系数关系曲线

    Figure  12.  Relationship curves between velocities and horizontal drag force and drag forcecoefficients at different angles

    图  13  夹角与水平拖曳力和拖曳力系数关系曲线

    Figure  13.  Relationship curves between angles and horizontal drag force and drag force coefficients

    表  1  块体尺寸参数

    Table  1.   Size parameters of blocks

    形状 参数 数值
    块体 长/cm 4.0 5.0 6.0 6.0 7.5 9.0 8.0 10.0 12.0 10.0 12.5 15.0 5.0
    宽/cm 4.0 4.0 4.0 6.0 6.0 6.0 8.0 8.0 8.0 10.0 10.0 10.0 5.0
    高/cm 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 5.0
    球体 直径/cm 5.0 6.0 7.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-28
  • 刊出日期:  2019-06-01

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