【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体动力学领域，具体涉及一种通过cfd确定护城河式防洪堤几何尺寸的方法。
技术介绍
1、近年来，由于全球气候变化和恶劣的天气条件，洪水事件变得更加频繁地发生。研究者提出了一种多结构组成的复合防御体系，包括植被与堤岸组合、堤坝与护城河组合、双堤坝、堤坝与墩桩组合等多线防御策略。在这些措施中，植被与堤岸的配合有利于通过水跃缓解洪水能量，但是植被层也会受洪水的不断侵蚀而遭受破坏；而双堤坝方案中，前一个堤坝确实为后一个堤坝提供了阻力并降低了洪水能量，但是随着洪水的冲刷，第二个堤坝（一般为土石坝）存在冲毁的风险；堤坝与墩桩组合中，虽然墩桩能降低洪水能量，但是建设固定式墩桩由于占用耕地或阻挡交通而显得很不经济，尽管可将墩桩改为抛石、块石等混凝土块，又可能被洪水冲到下游而对下游水利工程结构或房屋建筑造成干扰甚至破坏。然而，护城河与堤坝的组合中，护城河中的水体似于下游水垫层，可以有效降低流体作用力和溢流体积，从而显著减小底部流速，实现耗散洪水能量目的以保护消力池底部。但是，护城河结构（水垫）作为一种对抗由堤坝溢流和溃坝引起的洪灾的对策并没有得到全面的研究，尤其是护城河式防洪堤坝几何尺寸的确定。由于护城河式防洪堤坝的几何尺寸不仅影响着防冲消能的效率，更直接决定了此类水利工程的造价，因此需要通过先进的技术手段合理确定这些工程关键参数。
2、随着计算流体动力学（cfd）和云计算技术的快速发展，由于其具有建模便捷、可直接对原型进行模拟、试验重复性较好等优点，数值模拟方法逐渐成为一种非常有效的研究手段。但是现有技术中还没有利用数
技术实现思路
1、本专利技术的目的为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，能够简便、合理地确定护城河式防洪堤坝的几何布置，在显著提高防洪堤坝的消能效率的同时，有效降低了护城河防洪堤坝的工程造价。
2、本专利技术的技术方案：一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：对缩尺的护城河式防洪堤坝流场进行物理模型试验，建立缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型，物理模型试验时，测得护城河式防洪堤坝渠道对称纵断面上、堤坝上游不同过流横断面水深hi；测得护城河式防洪堤坝渠道中护城河内水跃形态及河道中心对称面矢量分布；
4、步骤s2：对缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型进行数值计算，数值模拟时测得护城河式防洪堤坝渠道对称纵断面上、堤坝上游不同过流横断面对应水深hi；
5、步骤s3：对数值模拟时对应水深hi数据集与物理模型试验时水深hi数据集进行逐点对比，找到数据集中所有相对误差绝对值均不超过η%的计算工况，即|hi-hi|/hi≤η%，输出满足水深模拟精度要求的数值模拟方法；
6、步骤s4：对步骤s1中缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型进行数值计算，采用步骤s3中输出满足水深模拟精度要求的数值模拟方法，输出护城河式防洪堤坝渠道中对应的护城河内水跃形态以及河道中心对称面矢量分布；
7、步骤s5：对步骤s4中数值模拟时护城河内水跃形态以及河道中心对称面矢量分布中找到与物理模型试验时护城河内水跃形态及河道中心对称面矢量分布相同的数值模拟方案，输出对应的满足护城河内水跃形态及河道中心对称面矢量分布模拟精度要求的数值模拟方法；
8、步骤s6：确定护城河式防洪堤坝下游护城河深度dm的值；
9、步骤s7：确定护城河式防洪堤坝下游护城河长度lm的值；
10、步骤s8：确定护城河式防洪堤坝的下游坡度θd的值；
11、步骤s9：确定护城河式防洪堤坝的上游坡度θu的值；
12、步骤s10：确定护城河式防洪堤坝的坝顶宽度lw；
13、步骤s11：确定护城河式防洪堤坝的堤坝高度hl。
14、进一步的，步骤s1中建立缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型，测得关键参数还包括有；坝顶对称断面处水深yc，下游尾水断面处水深yt，坝顶对称断面与下游尾水断面间距m；
15、其中，护城河式防洪堤坝几何参数为：堤坝高度hl，坝顶宽度lw，上游坡度θu，下游坡度θd，在堤坝正下游护城河长度为lm和深度为dm，上游坝顶拐点到上游坝脚拐点的水平距离为hu，下游坝顶拐点到下游坝脚拐点的水平距离为hd，其中上游坡度θu为上游坡度对应的堤坝高度hl与水平距离hu的比值，下游坡度θd为下游坡度对应的堤坝高度hl与水平距离hd的比值；
16、其中，具体参数为：
17、渠道几何长度为l，渠道宽度为b，护城河式防洪堤坝横跨渠道贯穿布置；
18、物理模型试验采用正态物理模型，综合考虑物理模型水流在阻力平方区要求，选取物理模型线性比尺λl，物理模型采用重力相似准则设计，角度比λγ，流速比λv=λl0.5，流量比λq=λl2.5，糙率比λn=λl1/6，护城河式防洪堤坝渠道流量qp=λq×qt。
19、进一步的，步骤s1中建立缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型，物理模型试验具体步骤为：
20、步骤s101：给定任意模型试验流量qt，待缩尺的护城河式防洪堤坝渠道中水流稳定后，依次测得护城河式防洪堤坝渠道对称纵断面上、堤坝上游不同过流横断面水深hi，i为不同过流断面的编号；
21、步骤s102：改变模型试验流量qt，同时分别改变上游坡度θu，下游坡度θd，下游护城河长度lm和深度dm，测得不同工况下坝顶对称断面处水深yc，下游尾水断面处水深yt，并通过高速相机摄像得到护城河内水跃形态，以及通过粒子图像测速仪piv测得河道中心对称面矢量分布；
22、步骤s103：分别改变上游坡度θu，下游坡度θd，下游护城河长度lm和深度dm，具体方法为：
23、保持下游坡度θd，下游护城河长度lm和深度dm不变，仅改变上游坡度θu，或保持上游坡度θu，下游护城河长度lm和深度dm不变，仅改变下游坡度θd，或保持上游坡度θu，下游坡度θd，下游护城河深度dm不变，仅改变下游护城河长度lm，或保持改变上游坡度θu，下游坡度θd，下游护城河长度lm不变，仅改变下游护城河深度dm。
24、进一步的，步骤s6中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河深度dm的值；具体为：
25、对护城河式防洪堤坝高度hl，坝顶宽度lw，上游坡度θu，下游坡度θd，护城河长度lm在合理范围内进行任意取值，在相同护城河式防洪堤坝渠道流量qp条件下，分别本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤S6中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河深度Dm的值；具体为：
5.根据权利要求4所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤S7中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河长度Lm的值；具体为：
6.根据权利要求5所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤S8中确定原型护城河式防洪堤坝的下游坡度θd的值；具体为：
7.根据权利要求6所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤S9中确定原型护城河式防洪堤坝的上游坡度θu的值；具体为：
8.根据权利要求7所述的一种通过CFD确定护
9.根据权利要求8所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤S11：确定原型护城河式防洪堤坝的堤坝高度hL；具体为：
10.根据权利要求9所述的一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤S6-步骤S11中，坝顶对称断面A-A与下游尾水断面Z-Z之间能量差与坝顶对称断面总能量的比值ΔE，计算方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤s6中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河深度dm的值；具体为：
5.根据权利要求4所述的一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤s7中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河长度lm的值；具体为：
6.根据权利要求5所述的一种通过cfd确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：步骤s8中确定原型护城河式...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓明，张霖，时硕硕，石莎，王寅，黄纲亮，谢纹，周易，斯静，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：
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