[发明专利]用于数值模拟中的率定模型水闸及其概化方法

说明书

本发明公开了一种用于数值模拟中的率定模型水闸，包括水槽和设在水槽中的至少一个闸门装置，水槽包括槽底和设在槽底两侧的侧壁，闸门装置包括可上下移动的门板，门板横跨两个侧壁。本发明还公开了一种用于数值模拟中的率定模型水闸的概化方法。有益效果：可简化其率定模型的网格、提高其计算精度、减小其计算量并缩短其计算时间，其水闸参数可灵活调节，可以实现对水闸全开、部分开启及关闭状态下水流过流状态的快速模拟和复演。本发明涉及流体动力学数值模拟计算领域。

技术领域

本发明涉及流体动力学数值模拟计算领域，特别涉及用于数值模拟中的率定模型水闸及其概化方法。

背景技术

近年来，随着计算流体力动力学(CFD)的快速发展及计算机技术的日新月异，流体的数值模拟成为研究复杂水力学问题的重要技术手段和方法，通过建立连续、动量和能量方程，采用一定的数值计算方法，借助计算机的强大计算能力及程序化的计算过程，能够实现对复杂水力学问题的过程在线，并对包括流速、压力、水位等重要参数的实时过程模拟计算。近年来，随着水利工程的大量建设，包括桥梁、码头、水闸等，对大江大河的水势、水位、流速及通量造成影响，从而对包括河道防洪、堤防安全、水环境质量等产生影响。为此，开展数值模拟研究，可为水利工程的建设的决策提供依据，是当前一种重要的研究手段和方法。

现有技术中，常规的水闸概化方法是：改变河道地形状态，在水闸处进行加密网格布置，从而从形体上模拟出水闸，包括闸门和闸墩等，其技术缺陷在于：这种方法要求建立复杂的坐标系，且若水闸相对水域较小情况下，需要的网格数量较多，计算时间较长。

现有技术中，另一种常规的水闸概化方法是：采用静态糙率的方法，通过调节水闸处的网格糙率，来模拟水闸对水流的影响，其技术缺陷在于：水流本身也对这种虚拟糙率产生一定影响，导致静态糙率的精度降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于数值模拟中的率定模型水闸及其概化方法，可以实现对水闸全开、部分开启及关闭状态下水流过流状态的快速模拟和复演。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种用于数值模拟中的率定模型水闸，包括水槽和设在水槽中的至少一个闸门装置，水槽包括槽底和设在槽底两侧的侧壁，闸门装置包括可上下移动的门板，门板横跨两个侧壁。

作为改进，闸门装置还包括支架，支架包括第一立柱和第二立柱，门板的两侧与第一立柱和第二立柱之间分别设有导向结构。

作为改进，导向结构包括分别设在门板两侧的导槽和分别设在第一立柱和第二立柱上的导轨，导槽与导轨之间滑动配合。

作为改进，支架的顶部设有提升装置，提升装置与门板之间设有链条，提升装置内设有与链条配合的链轮，链轮由伺服电机驱动，伺服电机与外部计算机连接。

作为改进，支架还包括第三立柱和第四立柱，第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱矩形分布。

作为改进，两个侧壁上分别设有内凹的安装槽，第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱分别嵌入安装槽内。

一种用于数值模拟中的率定模型水闸的概化方法，使用率定模型水闸进行数值模拟计算。

作为改进，设定门板的下边缘与槽底之间的距离为水闸开度e，设定水槽中的水体流速为v，设定水槽中的水位高度为h，设定糙率n＝A1×e+A2×v+A3×h，其中0.01≤A1≤0.015，其中0.015≤A2≤0.018，其中0.026≤A3≤0.038。

作为改进，进行多次试验，在每次试验中设置不同的水闸开度e、水槽中的水体流速为v或水槽中的水位高度为h。

有益效果：可简化其率定模型的网格、提高其计算精度、减小其计算量并缩短其计算时间，其水闸参数可灵活调节，可以实现对水闸全开、部分开启及关闭状态下水流过流状态的快速模拟和复演。

附图说明