透水丁坝对弯道水流特性影响的三维数值模拟研究

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透水丁坝是一种新型丁坝,其坝身结构特殊,对水流可导可透,相较传统实体丁坝而言,其坝前壅水较低,坝体受力更小且局部冲坑较浅,运行更加安全可靠,因此有更好的发展前景。本文以布设三丁坝的弯道实验资料为验证依据,利用ANSYS FLUENT软件模拟了布设实体丁坝和透水丁坝的弯道水流运动,通过分析两种类型丁坝对弯道水流纵向流速和水面形态影响的差异性,比较了不同类型的丁坝对弯道水流的改善效果;然后对布设不同体型参数透水丁坝的弯道水流运动进行模拟,分析了透水丁坝位置、长度以及透水率对弯道水流特性的影响,得出了以下主要结论:(1)无论是传统的实体丁坝还是透水丁坝,均能使弯道水流方向得到调整而不再顶冲凹岸,且弯道水位得以重新调整,与无丁坝弯道相比,布设丁坝后弯道凸岸流速增大、水位升高;凹岸流速减小,水位降低。(2)与布设实体丁坝的弯道相比,布设透水丁坝弯道的主流速度和坝后回流区速度更小,坝前壅水高度也更低,更有利于坝体自身安全、河槽稳定以及凹岸坝田区的泥沙落淤。此外,布设透水丁坝的弯道坝前横比降也更小,透水丁坝对弯道水面整体改善效果优于传统的实体丁坝。(3)透水丁坝位置越靠近弯道入口则主流速度越大,坝后作用区越长,坝前壅水也越高。随着丁坝长度的增加,坝后回流区范围和主流区水流速度均越来越大,断面横向环流范围则逐渐减小。随着透水率的增大,弯道主流流速以及坝后回流区范围均不断减小,水面平均横比降增加,当透水率增大到35%时,透水丁坝已不能抑制整个弯道的二次流的发展;当透水率增大到45%时,坝后几乎无回流产生。(4)本文来流条件下透水丁坝各体型参数合理取值范围:位置在弯道1/6S及之前、坝长为0.2B~0.3B、透水率为25%左右。
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