【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t型分汊明渠下游支渠流量的方法。
技术介绍
1、t型明渠广泛存在于天然河网和各类水利工程。根据不同的进流和出流条件，通常可将t型明渠流按水力特性分成两种。其一，当t型明渠的两个上游进口为来流条件和一个下游出口为出流条件时，在t型交汇口将出现典型的明渠交汇流现象，该类型渠道一般被称之为t型交汇明渠；其二，当t型明渠的一个上游进口为来流条件和两个下游出口为出流条件时，在t型分支区域则出现典型的明渠分汊流现象，该类型渠道通常被称为t型分汊明渠。t型分汊明渠在天然河网中主要分布于水库或大坝侧支，用于引水以供周边居民使用或为鱼类提供安全通道以保护生物多样性。
2、目前对于河道管理者而言，t型分汊明渠的下游支渠流量的准确预测一直是一个具有挑战性的难题，这归因于t型分汊明渠的流场十分复杂。有研究表明，t型分汊明渠支渠边界条件的变化将显著改变支渠中的流态，尤其是下游支渠中的回流区和缩流断面的形态和大小。随着支渠或主渠下游出口边界条件的改变，t型分汊明渠下游支渠中的水流在缓流和急流两种流态之间转变，在缓流和急流之间的过渡流通常被称为过渡流。当t型分汊明渠几何特征或边界条件发生变化时，过渡流会呈现两个特征鲜明的状态，包括淹没回流和自由回流，这两种流态尤其受下游出口边界条件变化的影响，从而决定了t型分汊明渠中水流向下游支渠的分配。换言之，t型分汊明渠的下游支渠流量分布很大程度上受下游出口边界条件的影响。为清晰地区分缓流和过渡流，国内外研究者分别提出了明渠分汊流从缓流转变到过渡流的发生
3、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值试验手段精确预测t型分汊明渠下游支渠流量的方法。中国专利公开号cn106844913b中公开了一种基于三维计算流体动力学（cfd）的滞留气团热力学特性模拟方法，该专利利用三维计算流体动力学（cfd）进行了滞留气团的热力学分析，但是其方法不能用于预测t型分汊明渠下游支渠的流量。因此，如何利用计算流体动力学（cfd）方法来准确预测t型分汊明渠下游支渠的流量是一个非常值得研究的课题，它将有效指导实际工程中t型分汊明渠的设计与优化。本技术主要针对支渠宽度与主渠宽度之比限制在1/3与1之间的t型分汊明渠，且其下游支渠佛罗德数未达到0.30的工况，即在大下游支渠宽度与主渠宽度之比几何条件和t型分汊明渠的下游支渠处于缓流状态下对下游支渠流量的预测进行研究，从而提出一种适用于缓流条件和大下游支渠宽度与主渠宽度之比几何条件的通过计算流体动力学（cfd）确定t型分汊明渠下游支渠流量的办法。
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t型分汊明渠下游支渠流量的方法，能够简便、准确和合理地预测t型分汊明渠下游支渠的流量，有效地保证了t型分汊明渠水量的经济、安全和稳定的分配管理。
2、本专利技术的技术方案：一种通过cfd确定t型分汊明渠下游支渠流量的方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：对缩尺的t型分汊明渠进行物理模型试验，建立t型分汊明渠物理模型，t型分汊明渠由主渠和下游支渠以直角连接，在主渠进口处流量q条件下，对主渠出口处佛罗德数fx和下游支渠出口处佛罗德数fy分别进行计算；筛选下游支渠出口处佛罗德数fy≤0.3的情况；
4、步骤s2：与步骤s1相同条件下，对步骤s1中建立的t型分汊明渠物理模型进行数值计算，计算收敛后导出结果，通过计算流体动力学后处理软件cfd-post进行后处理；对数值模拟条件下，主渠出口处佛罗德数f’x和下游支渠出口处佛罗德数f’y分别进行计算；
5、步骤s3：对步骤s1中下游支渠出口处佛罗德数fy和步骤s2中下游支渠出口处佛罗德数f’y进行逐点对比，找到所有数值逐点相对误差绝对值均不超过η%的计算工况，即|fy-f’y|/fy≤η%，输出对应的数值模拟方法，η为预设精度阈值；
6、步骤s4：根据t型分汊明渠物理模型量纲分析得到的t型分汊明渠流场影响因素，确定t型分汊明渠下游支渠出口处流量与主渠进口处流量之比为m，m=a×ln[(b×(e1/a-1)×ζ+ (e1/a-1)+b×ζ)/( (e1/a-1)+b×ζ)]，其中，a和b为常数系数，变量参数ζ=r×fy/fx；e为自然对数函数的底数；
7、步骤s5：通过计算流体动力学和统计产品与服务解决方案spss软件对步骤s4中常数系数a和b进行线性拟合；得到线性表达式a=cr+d；b=ωr+f，其中c，d，ω和f为常数系数；
8、步骤s6：将步骤s5得到常数系数a和b的线性表达式代入步骤s4中表达式，得到t型分汊明渠下游支渠出口处流量与主渠进口处流量之比m表达式；
9、，则t型分汊明渠下游支渠流量为：qy=m×q，将t型分汊明渠下游支渠宽度与主渠宽度之比r代入表达式；进行步骤s61或步骤s62；
10、步骤s61：实时测得主渠进口处流量q、主渠出口处佛罗德数fx和下游支渠出口处佛罗德数fy即可求得t型分汊明渠下游支渠流量qy；
11、步骤s62：实时测得主渠进口处流量q，主渠出口处水深hx和下游支渠出口处水深hy，再通过迭代求解可得t型分汊明渠下游支渠流量qy。
12、进一步的，步骤s1中对缩尺的t型分汊明渠进行物理模型试验，具体为：
13、在物理模型的主渠和下游支渠的出口处设置可调节高度的平板堰；在主渠宽度为bx和下游支渠宽度为by的几何条件中，分别调整出口边界条件即分别调整主渠出口处平板堰高度cx和下游支渠平板堰高度cy，测得具体参数为：
14、物理模型试验时主渠出口处水深hx和下游支渠出口处水深hy，主渠出口处流量qx和下游支渠出口本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通过CFD确定T型分汊明渠下游支渠流量的方法，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T型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤S1中对缩尺的T型分汊明渠进行物理模型试验，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种通过CFD确定T型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤S2中与步骤S1相同条件下是指：几何尺寸和下游出口边界条件相同的T型分汊明渠相同条件，下游支渠宽度与主渠宽度之比R相同条件，下游支渠出口处佛罗德数Fy≤0.3时相同条件，模型试验流量Q相同条件；
4.根据权利要求3所述的一种通过CFD确定T型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤S4中T型分汊明渠物理模型量纲分析，具体为：将T型分汊明渠下游支渠出口处流量Qy用关键参数显示表示：Qy=ψ(g, ρ, μ, σ, ks, Qt, hx, hy, Cx, Cy, Bx, By)，ψ为方程式显示表示，ρ为流体密度，μ为动力粘性系数，σ为表面张力系数，ks为粗糙度厚度；通过无量纲化得到，M= Qy/ Q=ψ(Reu, Weu, Fu, k
5.根据权利要求4所述的一种通过CFD确定T型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：实现步骤S5的步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种通过CFD确定T型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤S6中，实时测得主渠进口处流量Q，主渠出口处水深hx和下游支渠出口处水深hy，再通过迭代求解可得T型分汊明渠下游支渠流量Qy；具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种通过cfd确定t型分汊明渠下游支渠流量的方法，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t型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤s1中对缩尺的t型分汊明渠进行物理模型试验，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种通过cfd确定t型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤s2中与步骤s1相同条件下是指：几何尺寸和下游出口边界条件相同的t型分汊明渠相同条件，下游支渠宽度与主渠宽度之比r相同条件，下游支渠出口处佛罗德数fy≤0.3时相同条件，模型试验流量q相同条件；
4.根据权利要求3所述的一种通过cfd确定t型分汊明渠下游支渠流量的方法，其特征在于：步骤s4中t型分汊明渠物理模型量纲分析，具体为：将t型分汊明渠下游支渠出口处流量qy用关键参数显示表示：qy=ψ(g, ρ, μ, σ...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓明，许小华，杨培生，张霖，梁宇宙，危睿，周易，
申请(专利权)人：江西省水利科学院江西省大坝安全管理中心，江西省水资源管理中心，
类型：发明
国别省市：
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