一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法

专利主权项内容

1.一种通过CFD确定护城河式防洪堤坝几何参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：对缩尺的护城河式防洪堤坝流场进行物理模型试验，建立缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型，物理模型试验时，测得护城河式防洪堤坝渠道对称纵断面上、堤坝上游不同过流横断面水深h；测得护城河式防洪堤坝渠道中护城河内水跃形态及河道中心对称面矢量分布；i步骤S2：对缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型进行数值计算，数值模拟时测得护城河式防洪堤坝渠道对称纵断面上、堤坝上游不同过流横断面对应水深H；i步骤S3：对数值模拟时对应水深H数据集与物理模型试验时水深h数据集进行逐点对比，找到数据集中所有相对误差绝对值均不超过η%的计算工况，即|H-h|/h≤η%，输出满足水深模拟精度要求的数值模拟方法；iiiii步骤S4：对步骤S1中缩尺的护城河式防洪堤坝渠道物理模型进行数值计算，采用步骤S3中输出满足水深模拟精度要求的数值模拟方法，输出护城河式防洪堤坝渠道中对应的护城河内水跃形态以及河道中心对称面矢量分布；步骤S5：对步骤S4中数值模拟时护城河内水跃形态以及河道中心对称面矢量分布中找到与物理模型试验时护城河内水跃形态及河道中心对称面矢量分布相同的数值模拟方案，输出对应的满足护城河内水跃形态及河道中心对称面矢量分布模拟精度要求的数值模拟方法；步骤S6：确定护城河式防洪堤坝下游护城河深度D的值；m步骤S7：确定护城河式防洪堤坝下游护城河长度L的值；m步骤S8：确定护城河式防洪堤坝的下游坡度θ的值；d步骤S9：确定护城河式防洪堤坝的上游坡度θ的值；u步骤S10：确定护城河式防洪堤坝的坝顶宽度L；w步骤S11：确定护城河式防洪堤坝的堤坝高度h；L步骤S6中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河深度D的值；具体为：m对护城河式防洪堤坝高度h，坝顶宽度L，上游坡度θ，下游坡度θ，护城河长度L在合理范围内进行任意取值，在相同护城河式防洪堤坝渠道流量Q条件下，分别对a个不同深度的护城河式防洪堤坝渠道进行数值计算，当坝顶对称断面与下游尾水断面之间能量差与坝顶对称断面总能量的比值ΔE达到最大时，输出对应的护城河深度D为确定值，记作D；Lwudmpm*m护城河深度D的具体确定步骤为：*m步骤S61：a个不同深度的护城河式防洪堤坝渠道得到a个不同护城河深度D，具体值记为χ，即护城河深度值χ, χ, χ, …, χ，其中护城河深度值χ, χ, χ, …, χ逐渐增大，即χ＜ χ＜ χ＜…＜ χ，对a个不同深度的护城河式防洪堤坝渠道进行数值计算，分别输出坝顶对称断面与下游尾水断面之间能量差与坝顶对称断面总能量的比值ΔE, ΔE, ΔE, …, ΔE；m123a123a123a123a步骤S62：当能量差的比值ΔE=ΔE=ΔE=…= ΔE时，则以Δχ的间距减小χ分别进行数值模拟输出能量差的比值ΔE，当能量差的比值ΔE发生减小时，输出前一次数值模拟对应的护城河深度，即第k次计算时发生能量差的比值ΔE减小，则确定的护城河深度D为χ-(k-1)×Δχ；123a11*m11步骤S63：当a个不同护城河深度的具体值χ对应的能量差的比值存在波动，即ΔE=ΔE=ΔE=…=ΔE＜ΔE=…= ΔE，ΔE对应的护城河深度为χ，则以Δχ的间距增大χ分别进行数值模拟输出能量差的比值ΔE，当能量差的比值ΔE与ΔE相等时，输出当前数值模拟对应的护城河深度，即第k次计算得到的能量差的比值ΔE与ΔE相等时，则确定的护城河深度D为χ+k×Δχ；123oo+1aoooo+12o+1*mo2步骤S64：当a个不同护城河深度的具体值χ对应的能量差的比值单调递增，即ΔE＜ΔE＜ΔE＜…＜ ΔE，则以Δχ的间距增大χ分别进行数值模拟输出能量差的比值ΔE，当能量差的比值ΔE发生相等时，输出前一次数值模拟对应的护城河深度，即第k次计算时发生能量差的比值ΔE相等，则确定的护城河深度D为χ+(k-1)×Δχ；123aa3*ma3步骤S7中确定原型护城河式防洪堤坝下游护城河长度L的值；具体为：m给定步骤S6中确定的护城河深度D，对护城河式防洪堤坝高度h，坝顶宽度L，上游坡度θ，下游坡度θ在合理范围内进行任意取值，在相同护城河式防洪堤坝渠道流量Q条件下，分别对b个不同护城河长度的护城河式防洪堤坝渠道进行数值计算，当坝顶对称断面与下游尾水断面之间能量差与坝顶对称断面总能量的比值ΔE达到最大时，输出对应的护城河长度L为确定值，记作L；*mLwudpm*m护城河长度L的具体确定步骤为：*m步骤S71：b个不同长度的护城河式防洪堤坝渠道得到b个不同护城河长度L，具体值记为ζ，即护城河长度值ζ, ζ, ζ, …, ζ，其中ζ, ζ, ζ, …, ζ逐渐增大，即ζ＜ ζ＜ ζ＜…＜ ζ，对b个不同长度的护城河式防洪堤坝渠道进行数值计算，分别输出坝顶对称断面与下游尾水断面之间能量差与坝顶对称断面总能量的比值ΔE, ΔE, ΔE, …, ΔE；m123b123b123b123b步骤S72：当能量差的比值ΔE=ΔE=ΔE=…= ΔE时，则以Δζ的间距减小ζ分别进行数值模拟输出能量差的比值ΔE，当能量差的比值ΔE发生减小时，输出前一次数值模拟对应的护城河长度，即第m次计算时发生能量差的比值ΔE减小，则确定的护城河长度L为ζ-(m-1)×Δζ；123b11*m11步骤S73：当b个不同护城河长度的ζ对应的能量差的比值ΔE存在波动，即ΔE=ΔE=ΔE=…=ΔE＜ΔE=…= ΔE，ΔE对应的护城河长度为ζ，则以Δζ的间距增大ζ分别进行数值模拟输出能量差的比值ΔE，当能量差的比值ΔE与ΔE相等时，输出当前数值模拟对应的护城河长度，即第m次计算得到的能量差的比值ΔE与ΔE相等时，则确定的护城河长度L为ζ+m×Δζ；123oo+1boooo+12o+1*mo2步骤S74：当b个不同护城河深度的ζ对应的能量差的比值单调递增，即ΔE＜ΔE＜ΔE＜…＜ ΔE，则以Δζ的间距增大ζ分别进行数值模拟输出能量差的比值ΔE，当能量差的比值ΔE发生相等时，输出前一次数值模拟对应的护城河长度，即第m次计算时发生能量差的比值ΔE相等，则确定的护城河长度L为ζ+(m-1)×Δζ。123bb3*mb3