[发明专利]一种基于数值模拟的孔板与洞塞划分方法

权利要求书

1.一种基于数值模拟的孔板与洞塞划分方法，其特征是，一种基于数值模拟的孔板与洞塞划分方法具体采用如下步骤：

步骤一、选定空腔长度L为考察量，空腔长度L小于消能孔厚度T时为洞塞，空腔长度L大于消能孔厚度T时为孔板；

步骤二、确定影响空腔长度L的因素，包括泄洪洞内水流的平均流速u，水流密度ρ，水流粘度μ，泄洪洞直径D，消能孔直径d；

步骤三、基于RNG k-ε模型建立水流通过消能孔的数值模拟模型；

步骤四、对数值模拟结果进行分析拟合，确定空腔长度L与相关因素的经验表达式，根据获得的空腔长度L与消能孔厚度T进行比较，划分孔板和洞塞。

2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的孔板与洞塞划分方法，其特征是，步骤二中确定影响空腔长度L的因素具体为通过量纲分析进一步得：L/D＝f(β，Re)，其中Re＝uDρ/μ为雷诺数，β＝d/D为孔径比。

3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的孔板与洞塞划分方法，其特征是，步骤三中基于RNG k-ε模型建立水流通过消能孔的数值模拟模型具体为：

(1)水流通过消能孔的数值模拟模型包括以下控制方程：

连续方程：

动量守恒方程：

k-方程：

ε-方程：

其中：x_i(＝x，y)为轴向及径向方向坐标，u_i(＝u_x，u_y)为轴向或径向方向的水流速度，ρ是流体的密度，p为压强，v为水流动力粘度，v_t是涡粘度，v_t＝C_μ(k²/ε)，k表示湍流动能，ε为湍流动能耗散率，C_μ＝0.085，其他参数取值分别表示为η＝Sk/ε，C₁＝1.42，η_o＝4.377，λ＝0.012，C₂＝1.68，α_k＝α_ε＝1.39；

(2)水流通过消能孔的数值模拟模型的边界条件包括：入流边界、出流边界、对称轴边界以及壁面边界，各边界条件的处理方法是：入流边界条件有入流平均流速、湍流动能分布、湍流动能耗散率分布，它们的数学表达式分别为u_in＝u₀，k＝0.0144u₀²，ε＝k^1.5/(0.5R)，其中u₀为入口平均流速，R为泄洪洞半径；出流边界处理方法为假定出流得到充分发展；对称轴边界的处理方法是假定径向速度为0，而且各变量沿径向的梯度也被认为是0；壁面边界的处理方法为边界层流中采用了无滑移假定，壁面边界速度与边界节点的速度分量相等。

4.根据权利要求2所述的一种基于数值模拟的孔板与洞塞划分方法，其特征是，步骤四中空腔长度L与相关因素的经验表达式具体为L/D＝0.4427(d/D)^-0.3538，其中d/D＝0.4-0.8，Re＞10⁵。