VirtualFlow | 水利工程泄水建筑物仿真应用与实践

泄水建筑物的水力模拟需面对复杂几何结构、瞬态界面流（水-气两相流）及高精度数据输出等需求，VirtualFlow的核心技术特性可针对性解决这些痛点：  

1.高效前处理，缩短设计周期：采用独特的 IST 网格技术，支持泄水建筑物复杂几何模型，如溢洪道进口引渠、控制堰、渐变段泄槽等高质量六面体网格自动快速生成，无需大量人工干预，大幅节约前处理时间。  

2.精准界面捕捉，还原真实流态：针对溢洪道内水-气两相流动的核心问题，软件可实现界面精确捕捉，对液面形态、流速分布进行精细的瞬态模拟，避免传统计算中界面模糊导致的误差，确保流场数据的真实性。  

3.多场景适配，覆盖设计全流程：支持 RANS等多种湍流模型、均相流模型等多种多相流模型设置，可灵活应对不同类型泄水建筑物，如驼峰堰溢洪道、带孔结构溢洪道、不同河墩形式溢洪道的仿真需求，通过多方案对比快速筛选最优设计。

二、工程实践：新疆某水利枢纽溢洪道仿真案例
   

   

   

 

以新疆某水利枢纽的溢洪道为研究对象，VirtualFlow通过全流程数值模拟，精准还原了溢洪道水力特性，为工程设计提供数据支撑。  

（一）模型与计算基础设置  

1.几何与网格构建  

• 几何范围：覆盖溢洪道全段（进口引渠段71.7m、控制段 25.0m、泄槽段 250m、挑流段 15.5m），按 1:1 尺寸构建流体域，计算域规模达350m×23m×60m。    

• 网格特性：采用 IST 技术自动生成约 25 万六面体网格，兼顾计算精度与效率，确保复杂断面（如梯形进口、渐变段矩形泄槽）的网格质量。    

溢洪道设计图  

溢洪道几何模型、网格及边界条件设置  

2.边界与物理参数设置  

（二）仿真结果：高精度与工程价值  

1.水面高程：与试验高度吻合  

在设计洪水位（高程 650.39m）下，VirtualFlow 计算的沿程水面高程（sim. 曲线）与物理模型试验测量值（ex. 散点）偏差极小，尤其在泄槽陡坡段（i=1:5），因边界顺直与水头作用，水流平顺、高程变化稳定，验证了数值模拟的可靠性。  

溢洪道水面高程数值结果与试验结果对比图  

2.流场分布：精准捕捉关键区域特性  

•全段流场：水流速度（V_s）沿泄槽顺坡逐步增大，在挑流段达最大值（约 25m/s），高度方向速度（W）无异常波动，表明流态稳定，无折冲水流（因模型为单孔无闸墩结构，消除了闸墩对水流的干扰）。  

•控制段流场：作为溢洪道水力控制核心区域，控制段内流速分布均匀（V_s 最大约 12m/s），无局部涡流或流速突变，验证了驼峰堰（堰顶高程 642.50m、净宽 14m）设计的合理性。  

溢洪道流场

控制段流场  

3.工程价值：弥补试验缺陷，优化设计方案  

通过仿真可获取溢洪道任意位置的流场数据（如沿程水面高程、各断面流速、过流流量），解决了物理模型试验中 “难以测量局部细微流态” 的缺陷，为泄槽渐变段宽度优化（由 17.5m 渐变为 10m）、挑流鼻坎高程（607.491m）设置提供了直接数据依据。

三、多类型泄水建筑物仿真
   

 

除上述驼峰堰溢洪道外，VirtualFlow 还可针对不同结构形式的泄水建筑物开展精准模拟，进一步拓展其在水利工程中的应用场景：  

• 不同河墩形式溢洪道：通过模拟带实体墩、开孔墩等不同河墩结构的溢洪道，获取流场中 Z 向速度（Z vel.）、速度 magnitude（Vel. Magn.）等数据，分析河墩对水流的阻挡与分流效应，优化墩体间距与形状以避免局部冲刷。    

• 带孔结构溢洪道：针对泄槽段或控制段带排水孔、导流孔的溢洪道，软件可精准模拟孔口出流速度（如 Y 向速度 Y vel.）与主流场的相互作用，评估孔结构对整体流态的影响，避免孔口附近出现负压或涡流。    

(a)  

(b)  

(c)

不同类型河墩溢洪道流场

在水利工程向大型化、精细化发展的背景下，VirtualFlow以高效前处理、精准流场模拟、多场景适配的技术优势，能通过数值仿真验证设计方案的安全性与合理性，弥补物理试验的测量缺陷，为工程优化提供量化数据支撑，最终助力水利枢纽实现 “安全运行、减灾增效” 的核心目标。