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水利工程论文-沉沙池立面流场数值模拟研究.doc

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水利工程论文-沉沙池立面流场数值模拟研究.doc

水利工程论文-沉沙池立面流场数值模拟研究摘要:采用κ-ε紊流模型,对沉沙池立面流厨行了数值模拟。在验证模型正确的基础上,以大禹渡沉沙池为例,分析了沉沙池中水流的运动规律,为进一步研究泥沙在沉沙池中的运动规律提供了前提,最终为沉沙池的工程设计和运用管理提供科学依据。关键词:沉沙池κ-ε模型立面流场大禹渡1前言在多沙河流上修建引水工程,为了减少进入引水渠的泥沙,保证引水质量,往往需要在渠首设置沉沙池沉淀大部分泥沙,防止或减轻引水渠的淤积以及泥沙对水轮机、水泵等过流部件的磨损,防止粗颗粒泥沙进入农田,引起农田沙化。对于沉沙池的研究,我国科研工作者自50年代以来通过物理模型试验进行了大量的研究工作[1~3],在沉沙池的结构与形式方面取得了许多成果,但在沉沙池计算理论方面,国内目前大多数还是将沉沙池水流作为一维流或二维均匀流处理,计算泥沙沉降仍采用传统的准静水沉降法、非饱和输沙等经验、半经验公式。而国外自70年代开始就已将各种紊流模型应用到沉沙池计算当中,提出了许多数值方法来模拟沉沙池中的水流泥沙运动规律。国内在这方面的研究尚不多见,因此有必要应用紊流理论来研究沉沙池中的实际水流运动,为沉沙池的工程设计和运用管理提供科学依据和理论指导。2数学模型2.1基本控制方程对沉沙池流场的研究,其最终目的是为了研究泥沙在沉沙池中的垂线分布和沿程淤积情况,在此基础上按照工程要求设计沉沙池的合理尺寸。因此可将沉沙池水流简化为立面二维水流进行研究,水流基本控制方程包括连续性方程(1)动量方程(2)(3)其中(4)u、v分别为沉沙池水流方向(x)和水深方向(y)的流速分量,vt为紊动粘性系数,k、ε分别为紊动能及其耗散率,它们通过求解以下输运方程得到k方程(5)ε方程(6)式中,方程(1)~(6)组成了求解沉沙池水流的封闭方程组,模型中五个常用参数的取值见表1。2.2数值方法对以上方程组采用控制体积法进行离散,对流项采用上风差分格式,使计算结果不致发散,划分网格时采用交错网格技术,以避免棋盘格式分布的压力场或流速场,最后,采用TDMA与高斯—赛德尔迭代相结合的方法求解非线性方程组。为了避免非线性方程组在求解过程中发散,对各因变量及压力实行欠松弛迭代,以保证解的稳定性和收敛性。表1经验常数值Valueofempiricalfactorscμcε1cε2σkσε0.091.441.921.01.32

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