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1、第44卷第11期人民長(zhǎng)江Vo1．44．No．112013年6月YangtzeRiverJune，2013文章編號(hào)：1001—4179(2013)11—0081—04豎縫與堰組合式魚(yú)道水力特性數(shù)值模擬研究王徘，楊文俊2，陳輝2(1．河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京210098；2．長(zhǎng)江科學(xué)院，湖北武漢430010)摘要：堤壩等水利水電工程截?cái)嗪恿?，魚(yú)道能克服其阻礙作用，使魚(yú)類(lèi)順利上溯洄游。采用RNGk一8湍流模型對(duì)豎縫與堰組合式魚(yú)道進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)其池室內(nèi)流速以及紊動(dòng)能情況進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明：該類(lèi)型魚(yú)道池
2、室內(nèi)部水力特性穩(wěn)定，具有豎縫式魚(yú)道和堰式魚(yú)道共同優(yōu)點(diǎn)，適宜于不同魚(yú)類(lèi)游過(guò)，能較好地適應(yīng)魚(yú)類(lèi)上溯。關(guān)鍵詞：豎縫式；堰式；數(shù)值模擬；水力特性；魚(yú)道中圖法分類(lèi)號(hào)：TV135文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A適應(yīng)上下游水位變化；組合式魚(yú)道為現(xiàn)代魚(yú)道所1問(wèn)題的提出常用，能較好發(fā)揮各種類(lèi)型魚(yú)道的水力特性。S．Hei-水利水電工程截?cái)嗪恿鳎乖鹃_(kāi)放、連續(xù)的河流merl采用FENFLOSS計(jì)算潛孔一豎縫組合魚(yú)道的三維系統(tǒng)在能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)及信息傳遞等方面產(chǎn)生比水流，計(jì)算流場(chǎng)能三維顯示魚(yú)道的休息區(qū)和主流區(qū)，其較大的影響?，致使魚(yú)類(lèi)洄游或其
3、他活動(dòng)延遲或終水流特征明顯與單一的豎縫式魚(yú)道水流特征不同。止，魚(yú)類(lèi)下行通過(guò)壩體建筑物或水輪機(jī)時(shí)遭受傷害。FujiharaMasayuki采用三維紊流模型及vof自由水面因此，為保護(hù)魚(yú)類(lèi)資源，恢復(fù)河流生物多樣性，對(duì)魚(yú)道處理方法分析了溢流堰一潛孔組合式魚(yú)道的水力特的研究以及建設(shè)十分必要。性。然而，豎縫一溢流堰組合式魚(yú)道的數(shù)值模擬分目前，魚(yú)道型式大致可分為丹尼爾式、堰流式、孔析卻鮮有文獻(xiàn)報(bào)道?？谑?、豎縫式以及組合式等幾種型式。其中，溢流堰式魚(yú)道適應(yīng)于喜歡在水體表層洄游和有跳躍習(xí)性的2數(shù)學(xué)模型魚(yú)類(lèi)，但該魚(yú)類(lèi)適應(yīng)上
4、下游水位變動(dòng)的能力較差；淹沒(méi)孑L口式魚(yú)道一般適用于喜在水體底層洄游的中、2．1魚(yú)道構(gòu)造大型魚(yú)類(lèi)；豎縫式魚(yú)道一般用于適應(yīng)較復(fù)雜流態(tài)的本文數(shù)學(xué)模型計(jì)算區(qū)域選取5段池室，魚(yú)道坡度中大型魚(yú)類(lèi)，其效能比堰式和淹沒(méi)孑L口式充分，且較能3％，橫縱斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，池室長(zhǎng)L=414nI50I140I50I70I水流方向u硼(a)橫斷面(b)縱斷面圖1計(jì)算區(qū)域池室橫縱斷面結(jié)構(gòu)(單位：em)收稿日期：2013—02—27作者簡(jiǎn)介：王緋，男，碩士研究生，主要從事生態(tài)水力學(xué)方面的研究。E—mail：interbei@si
5、na．com82人民長(zhǎng)江in，寬B=3．5in，高H=3m；豎縫及堰寬b。=b=譬0．5in，堰頂距池室底部1．8m。G為平均速度梯度引起的紊動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；G2．2控制方程為浮力引起的紊動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；YM為可壓紊流中脈(1)連續(xù)方程。：動(dòng)擴(kuò)張的貢獻(xiàn)；C、C、C為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；、or為分別曼!++曼2：0(1)+與k和對(duì)應(yīng)的prandtl數(shù)；S、S為自定義源項(xiàng)。OtOxOyOz2．3計(jì)算區(qū)域及邊界條件式中，p為密度；t為時(shí)間；1,、、w為速度矢量在、。方為減小進(jìn)出口邊界對(duì)池室內(nèi)流場(chǎng)的影響，本文對(duì)向的分量。上
6、游到下游第3級(jí)池室內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析。進(jìn)口斷面距對(duì)于不可壓流體，密度為常數(shù)，連續(xù)方程可簡(jiǎn)化為1級(jí)水池1．5in，出口斷面距末級(jí)水池1．2m。++：0f2)aOyOz模型進(jìn)口及出口均采用壓力邊界條件，為方便計(jì)(2)動(dòng)量方程”]：算，進(jìn)出口水深保持一致，本文選取水深分別為2．2，2．5Ill及2．7m。邊墻、底部及隔板設(shè)置為固壁邊界，曼!蘭+曼!2+魚(yú)!蘭：+ataxa，az模型粗糙度設(shè)置為0．8mm。頂部設(shè)置為氣體壓力進(jìn)口，壓強(qiáng)為1．01X10Pa。o(ou)+(詈)+()一2．4網(wǎng)格劃分監(jiān)+]+S(3)+本文
7、采用貼體網(wǎng)格坐標(biāo)法，鑒于計(jì)算區(qū)域相對(duì)規(guī)OxOxOyOz“、則，全部使用計(jì)算穩(wěn)定、精度高、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的六面曼!2+!巳+塑!2：+體網(wǎng)格。由于池室豎縫及溢流堰附近區(qū)域水流條件較為復(fù)雜，為更好地模擬該區(qū)域水力特性，對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)c+c考+c，一格局部加密(見(jiàn)圖2)。Ut2apu'v'Op+_a-+]¨(4)avvOz、!2+曼!蘭2+曼!2+魚(yú)!2：OtOxOyOz擊c+c+殺c一曼++曼]+．s(5)OxOxOyOz、圖2計(jì)算區(qū)域部分網(wǎng)格分布式中，S、S、S為動(dòng)量方程的廣義源項(xiàng)；、、W為、2．5計(jì)算方法方向
8、的脈動(dòng)流速；p為修正壓力。為防止迭代過(guò)程中數(shù)值發(fā)散和不穩(wěn)定，對(duì)動(dòng)量、標(biāo)(3)k—方程：量輸運(yùn)方程采用了欠松弛技術(shù)，壓力和速度的耦合采蘭一用對(duì)壓強(qiáng)初始值依賴(lài)不強(qiáng)且收斂較好的SIMPLE算OtOx法，時(shí)間步長(zhǎng)取0．001s。毒+)axj]+(6)3模擬結(jié)果與分析Ot+O=在數(shù)學(xué)模型中，分別對(duì)水深2．2，2．5，2．7In的3x毒Ox?+毒Ox+種工況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析不同水位時(shí)魚(yú)道池室內(nèi)水C，詈(G+C3．G)一C2．P}+(7)
