摘要：将三维模型应用于预测大坝中溃坝水流的传播，对底部存在着障碍物体的初始干涸河床中的溃坝水流参考实际实验进行数值模拟研究。这类问题的特点是水流的自由表面高度发生突然变化，尤其是在流动的初始阶段。该测试案例中溃坝水流被布置在下游河床的梯形障碍物前方的一个光滑的矩形截面棱柱形通道中，结果一方面突出了障碍物影响，而且还强调了在河道地形中存在的突变效应的情况。本文研究了梯形障碍物附近负孔的形成过程以及发展变化规律。通过使用以VOF为基础的计算流体力学(CFD)数值模拟程序Flow-3D，利用k-ε湍流模型(RANS)和浅水方程(SWE) 模拟处理求解了雷诺-平均纳维-斯托克斯方程。为了验证CFD模型的有效性，参考了相关实验，该实验采用先进的测量技术，数字图像处理，通过与三个相机沿通道同步获得连续自由表面轮廓来简单记录通过玻璃壁面通道的水流。因所采用的测量技术是干扰性较低，在没有流体扰动的情况下，可以得到准确而有价值的结果。总体而言，这些以实验为例的三维模型预测结果与实验结果相当接近。同时表明，RANS模型能够较好地再现所研究的流体流动情况，即使与简单的SWE模型在预测负波传播方面仍然存在着一些差异，但数值模拟的结果依旧很好地反映出了障碍物对溃坝水流自由表面形态变化。

关键词：溃坝；数值模拟； Flow-3D；障碍物；湍流模型

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章  绪论-1

1.1溃坝研究背景及意义-1

1.2溃坝现象国内外研究现状-1

1.3溃坝研究的发展趋势-2

1.4论文主要研究内容-2

第二章  模型实验基本原理-3

2.1模拟软件Flow-3D简介-3

2.2数值模拟理论-3

2.2.1雷诺-平均纳维-斯托克斯方程（RANS）-3

2.2.2浅水方程(SWE)-4

第三章  有障碍物时溃坝参考物理模型-6

3.1实验模型布置-6

3.2闸门运动影响-7

3.3测量技术及校正-8

第四章  有障碍物时溃坝数值模型设置-9

4.1数值模型建立-9

4.2网格划分-9

4.3边界和初始条件-11

第五章  模拟结果比较与分析-14

5.1 RANS模型模拟结果-14

5.2 SWE模型模拟结果-17

5.3 RANS模型与SWE模型结果分析比对-18

第六章  结论与展望-24

6.1结论-24

6.2建议与展望-25

参考文献-26

致  谢-28