无坝渠首侧向引水的三维水力特性研究

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无坝引水口多为侧向引水口,引水口附近的水力学问题十分复杂,如分流时易产生漩涡,这样不仅会降低分流能力,还可能产生较大的水头损失。对无坝引水口进行水力特性的研究对工程的建设具有重要的指导意义。水力学与计算机技术有机结合产生的CFD数值模拟技术极大地增强了解决复杂问题的能力。相比模型试验,数值模拟技术具有可实现对复杂流场在理想状态下的全域模拟,提供的信息量大而丰富,可直接对原型进行模拟而不用考虑相似律问题等优势。因此,为提高对引水口流场细观结构的认识,进行数值模拟是很有必要的。本文运用大型流体力学计算软件——FLOW-3D对无坝引水口进行了水力数值模拟,对引水角为45°和90°的引水口的数值模拟计算结果同搜集的试验资料结果进行了对比和验证,吻合良好,证明了数值方法的可信性。然后利用该数值模型对无坝引水口进行了水力特性计算和对比分析,得出侧渠引水角度越大,引水比越小,相应的水头损失越大;侧渠引水口宽度越大,引水比越大,相应的水头损失越小;主渠来流弗劳德数越大,侧渠引水比越小,相应的水头损失越大的结论。并且通过分析得出随着引水角度的减小,流线更加平顺,主渠水流的分流宽度更小,侧渠水流的净进流宽度更大,整个引水区域的流态更利于引水。引水口附近的流态水流条件越平顺,口门断面水流的局部阻力系数越小,水流经过引水口时的水头损失也越小,引水比越大,这有助于引水效率的提高。这些研究成果可应用于相关的工程,三维数值模拟方法可成为模型试验的有力补充,为研究进水口的水力特性提供参考,对工程实践和应用有一定的参考价值,对类似工程具有一定指导意义。
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