突扩流动主流偏转特性数值模拟研究-水科学进展.PDF

第 20 卷 第 2 期 水 科 学 进 展 Vol20 ,No2 2009 年 3 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Mar . , 2009 　 突扩流动主流偏转特性数值模拟研究 1 2 朱士江 , 李占松 ( 1 东北农业大学水利与建筑学院 , 黑龙江 哈尔滨 　150030 ; 2 郑州大学环境与水利学院 , 河南 郑州 　450002) 摘要 : 以流函数方程作为控制方程 , 与 NS 方程相比 , 不出现压强项和速度项 , 与涡量流函数型 NS 方程相比 , 没有涡量项和速度项 , 只有流函数项 , 避免了涡量边界条件问题 , 将控制方程中未知数的个数变为一个 , 通过解得 流函数而得到其他各项 。考虑对流项迎风性质 , 采用迎风差分格式 , 对突扩层流进行数值模拟 , 与 Durst F 流动试 验及混合有限分析法模拟结果比较 , 基本吻合 。通过一系列计算 , 得出主流经突扩断面偏转后相关特征值与雷诺数 Re 的关系 , 扩展了突扩流动的研究内容 。 关 　键 　词 : 迎风格式 ; 突扩层流 ; 主流偏转 ; NS 方程 ; 数值模拟 ( ) 中图分类号 : TV133 ; O241 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2009 突扩流动一直是水利工程的一个基础研究课题 , 国内外学者主要有两方面研究内容 , 一是有关突扩流动的 流动特性的研究 : Macagno , Hung[ 1] 从实验和数值分析两方面研究分析突扩流动 , Badakes , Knight[2 ] 利用数值模 拟得到回流区长度与雷诺数之间的关联公式 , Durst F , Melling A[3 ] 等人通过试验得到了在雷诺数 Re = 56 时 , 突 扩流动对称的结论 。另一主要 内容是把各种数值方法应用于突扩流动 , 验证所用数值方法的有效性 , 合理 性[4 ,9 ] 。在以往对突扩流动的数值模拟计算中 , 多数集中在对控制方程离散格式的选取上 , 而对控制方程本身 的研究 , 则涉及较少 , 大多选用原始变量 NS 方程或涡量流函数型方程 。以单一流函数方程为控制方程[ 10 ,11] , 采用迎风差分格式 , 并将计算结果与有关文献资料进行对比, 得到了满意的效果 ; 最后利用数值计算的成果 , 分析总结了突扩层流运动的有关公式 。 1 　控制方程 11 　原控制方程 在以往对定常突扩层流的研究中, 选择NS 方程 u2 ( uv) 1 p μ 2 + = - + u x y ρx