基于动态网格技术的明渠交汇水流数值模拟

摘要

由于干流和支流的相互作用,水流交汇区域的水位常常变化较大.在交汇水流的三维数值模拟中,水面边界的处理多采用多相流模型,比如VOF(Volume of Fluid)模型.相对于其他水面边界处理方法,采用VOF模型需额外求解控制方程,需额外的网格来覆盖水流可能出现的区域和更密的网格采准确地捕捉水面位置.此外,水气交界面处空气对水的作用常计算偏大,从而易引起交界面附近流场的失真.在本文的研究中,动态网格技术被用于交汇水流模拟中自由水面边界的处理,该技术通过水面附近网格的调整来追踪水面位置.采用动网格技术时,模拟中无需求解控制方程,不必在空气区域布置网格和在水气界面附近布置较密网格,所需计算资源大为减少.研究表明,采用动态网格技术模拟交汇水流,计算收敛较快,计算结果与试验结果吻合较好.此外,文中采用了多种紊流模型和多种水面边界处理方法,模拟结果与试验结果对比表明,交汇水流数值模拟中水面边界的处理对计算结果精度的影响要大于紊流模型的影响.