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【案例分享】：泄洪坝挑流多相流计算与挑坎动水压力提取

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midas NFX是集结构、热、流体和优化设计于一体的有限元仿真分析软件，而midas NFX CFD则是其中计算流体动力学求解器高级模块。它采用独特的有限单元法（FEM）进行编程，在midas NFX 程序中搭配结构求解器组成一体化的图形用户界面（GUI），并提供全中文界面。是一款简单易学，易上手，并且实用的CFD 软件。

一、泄洪坝挑流两相流模拟计算概述

对于水工泄水建筑的过流问题，在工程水力学中一般叫做明渠流，明渠流动分为明渠恒流流和明渠非恒定流。对于明渠恒定流，一般又分为两种，一种叫明渠恒定均匀流，这是明渠中的水流流动，流线为一簇平行直线且水深、断面平均流速沿流程不变；另一种叫做明渠恒定非均匀流动。

在运用CFD流场分析对水工泄水建筑物的过流能力以及相应过水建筑受动水压力的分析中，常常需要用到明渠非均流中的相关水力概念。

在明渠水流中，不同的底坡形式与流态组合可以产生不同的自由水面新形式对泄流能力及下游泄水建筑产生影响，正坡中的陡坡、临界坡、缓坡以及平坡、逆坡和急流、缓流、临界流的不同组合，对应了不同的12条典型水面规律。

对于明渠非均匀急变流又有水跃和水跌两种典型水力现象，水跃和水跌现象被广泛运用于各种水工建筑的衔接消能方面，比如水库中的跌水消能【案例分享】：水库蓄、排水2D多相流分析。

本次文章以NFX CFD泄洪坝挑流计算为基础，向各位工程师介绍NFX在计算此类水工泄水建筑物的常规过流计算，计算过程中会涉及到多相流计算与壁面流体力提取的相应操作。

多相流的相关基础知识可以参考往期文章【小王说流体】船舶水面运动溃坝泄洪气泡流一网打尽，midas NFX CFD多相流功能介绍!

二、泄洪坝挑流计算步骤

动画结果显示

图1 相分数云图/自由水面变化

图2 速度云图

图3 速度流线图

图4 流线分布图

拓展：泄洪闸开启过程中的堰流和闸门出流

在上一个案例中，泄洪坝挑流计算忽略了闸门启闭过程中的水流流态，运用NFX CFD的重叠网格网格功能，可以实时控制流场中的闸门开合起落，以及闸门在这段时间里所受的动水压力。

重叠网格的详细介绍可以参照CFD|动网格之重叠网格。

来源：midas机械事业部

多相流动网格船舶建筑 NFX 水工控制

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首次发布时间：2023-03-21

最近编辑：1年前

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