水流交匯區(qū)的水動力學(xué)特性數(shù)值模擬

劉盛,康 鵬 ,李 然 ,魏 娟

(四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室,四川 成都 610065)

水流交匯現(xiàn)象在環(huán)境工程和水利工程等領(lǐng)域廣泛存在。水流交匯區(qū)的水流流動十分復(fù)雜,呈現(xiàn)諸多特有的水動力學(xué)特性,如流動混摻、水面壅高、二次流等,這些特性受到很多因素的影響,包括交匯口形狀、尺寸、河道坡底、交匯角大小、流量比、動量比等。對水流交匯區(qū)水動力學(xué)特性的研究可以追溯到20世紀(jì)40年代,Taylor[1]最早采用動量方程對交匯角為45°和135°的明渠交匯水流進(jìn)行理論研究,得到了上、下游水深比簡單的關(guān)系式;Best[2]提出了有關(guān)交匯口附近流體的分區(qū);Webber等[3]考慮了阻力的影響,通過保角映射的方法提出了水流交匯區(qū)的理論水流模式;Hsu等[4]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到水頭損失系數(shù)以及和流量比有關(guān)的動量修正系數(shù)和動能修正系數(shù)的擬合表達(dá)式;茅澤育等[5-6]建立了考慮干、支流交匯角以及與流量比相關(guān)的動量修正系數(shù)和動能修正系數(shù)的一維數(shù)學(xué)模型,提出了動量損失系數(shù)的理論表達(dá)式;徐孝平等[7]將側(cè)槽作為岸邊排放口處理,運(yùn)用水深平均k-ε流模式、剛蓋假定及混合有限分析法,較好地模擬了直角交匯河段的流場特性;趙升偉等[8]針對明渠交匯口緩流流動特性,分別應(yīng)用水深平均H-L模型及k-ε模型對明渠交匯區(qū)流動進(jìn)行模擬,并應(yīng)用實(shí)測資料對這2種模型進(jìn)行驗(yàn)證比較;劉同宦等[9]應(yīng)用三維多普勒流速儀(ADV)研究交匯角為90°時不同匯流比水流條件下交匯區(qū)……