外文翻译--使用CFD模型分析规模和粗糙度对反弧泄洪洞的影响

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1、 PDF外文：http:/ 1      毕业设计（论文）   外文翻译     题     目     姚家河水电站               溢流坝及消能工优化设计  专     业    水利水电工程       班     级      五    班   &n

2、bsp;      学     生      敖    杰          指导教师      钟    亮             重 庆 交 通 大 学                 2012 年        

3、 2 使用 CFD模 型 分析 规模和粗糙度 对 反弧 泄洪洞的影响              作者  Dae Geun Kim1and Jae Hyun Park2 摘   要  在这项研究中，利用 CFD 模型 、 FLOW-3D 模型详细调查流量特性 如流量 、 水面 、 反弧溢洪道上的峰值压力，并考虑到模型规模和表面粗糙度 对 速度和压力的垂直分布特征的影响 ， 因此，在 领域中被广泛验证和使用。由于表面粗糙度数值的 误差 是微不足道的，对于 流量，水面 平稳 ，波峰压力 影响较小。但是

4、 我们只是使用长度比例小于 100 或 200在可接受的误差范围 的 建筑材料一般粗糙度高度和规模效应的模型，最大速度在垂直的坐标堰发生更严重的粗糙度和规模效应。原型的速度比缩尺 比 模型的更大，但现 却 相反的。在任何 一节的最大速度略有降低 或者 表面粗糙度和长度的比例增加。最大速度出现在 上游水头的增加几乎呈线性增加溢洪道前的距离和位置较低的垂直位置位 上 。  关键词 ： FLOW-3D，反弧溢洪道，粗糙度效应，规模效应  1.简介  工程师在大多数情况下都选着设计建造具有过流 高效 、 安全地反弧溢洪道 ，并且它在使用过程中具有良好的测量能力。反弧溢洪道

5、的 形状 是 从较 高 顶堰 的直线段 流 到半径R 的网弧形段， 在反弧附近的大气压力超过设计 水 头。在低于设计水头 时 波峰阻力 减少 。在高 水头的时候 ，顶堰 的大气压较高产生 负压 使水流变得更缓 。虽然这是关于一般反弧的形 状和其流动特性的理解， 但是 从上游流量条件下的变化 、 修改的波峰形状或改变航道由于局部几何性质 等的 标准设计参数的偏差 都会 改变的 水流的 流动性 ，影 响的分析 结果。 物理模型 被广泛的用来确定 溢洪道非常重要的大坝安全。物理模型的缺点是成本高，它可能需要相当长的时间得到的结果。此外，由于规模效应的 误差 的严重程度增加原型模型的大小比例。因此 在

6、 指导以正确的 模型 细节 时 ，计算成本相对较低物理建模 、 数值模拟 ， 即使它不能被用于为最终确定的设计 也是非常宝贵的资料。  在过去的几年中，一些研究人员 试着 解决各种数学模型和计算方法的流量超过溢洪道 的问题， 主要困难是从亚临界流到超临界流过渡。此外， 速度 是未知的 也 必须作为解决方案的一部分 ， 速度 水 头 是 上游泄洪时上游 水 头的重要组成部分。  泄洪流量建模 最 早 被试 用 在 卡西迪（ 1965）复杂的平面势流理论和映射 中 。一个更好的 解决 卡西迪 的问题的 利用非线性有限元和变分原理方案 被 贝茨（ 1979 年），李等 提 &nb

7、sp;3 出  。 这个方案 能够自由表面和波峰压力 并且 发现 现实 与实验数据 的相似性 。 然后，郭（ 1998） 扩大了对势流理论的运用与分析 ，对 边界值理论推导出边界积分方程的变量代换 ， 此方法已成功应用到了自由下落的溢洪道 中 。 艾斯 （ 2000）采用 流函数分析对溢洪道波峰无旋流动。有限差分法的方法 给 边界点上的问题提供了积极的成果。结果与实验的方式获得这些 关系 。 1990 年， 开发了一个采用有限元和有限体积方法为二维自由表面流动方程，包括空气夹带的决议，并将其应用到在泄洪流量计算数值模型。 实验 证明该模型是有效的溢洪道水力设计作为主要分析工具。宋 和

8、 周（ 1999）开发了一个数值模型可能 被用 来分析隧道或槽溢洪道，特别是进口水流条件几何效应的三维流模式。奥尔森（ 1988 年），通过求解雷诺 数 方程 来解释 标准方程模型湍流粘性的影响。他们表现出优秀的水面和流量系数的 相似 。最 近，在反弧溢洪道水流进行调查 中发现 ，使用计算 二维流体力学，三维流 体学 。他们 还 发现有相当不错的物理模型和数值模型之间的 相似 压力。尤其是金（ 2003）使用 FLOW-3D 物理模型的规模效应 发现 一系列比例模型 、 数值模拟结果 ： 不同 水 流排放和规模较大 模型 的 流速比 规模较小的 模型 价值比更大。  现有的研究大多使

9、用 CFD 模型处理模型的适用性，以 估算 泄洪流量 、 水面和峰值压力 对原型的影响 。在这项研究中，利用 CFD 模型 、 FLOW-3D 模型通过 流量 、 水 面、 溢洪道坝顶上的压力 、 模型规模和表面粗糙度 等 流量特性 对 的速度和压力的垂直分布 的影响 。 泄洪流量分析 方法在溢流坝设计 领域中被广泛验证和使用 ， 本研究的目的是调查 、定量分析的计算结果对流动特性的规模和粗糙度的影响。  2.缩放和粗糙度  一个采用在许多自然流系统和水工结构性能评估缩尺模型的 的 水力模型的缺点，通常被称为实验室效果的规模效应。规模效应的严重程度增加，比例模型的大小增加或物理过程的数量增加同时 增加 。实验室在空间 、 施工性模型 、 仪器仪表 、 或测量的限制 ，一般来说，水工结构的明渠流量恒定非均匀流动特性可以解释为以下关系（ ASCE， 2000）。      Sw是水面坡度， S0所以渠道底坡， h 是水深， k 为固体边界的粗糙度高度， V 为流速， g是重力加速度，和 V， ， 分别是动态粘度厘泊，密度，水的表面张力。方程（ 1）水面线为底坡，相对粗糙度高度 、 弗劳德数 、 雷诺数和韦伯数表示式中的变量的相似性。方程 （ 1）之间保持正确复制功能复杂的原型流动情况的水工模型缩尺模型和原型。