基于FLUENT的水跃现象模拟（二）

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1 前言

    从水闸或溢流坝下泄的急流受到下游渠道缓流的顶托便会发生水跃现象，水流高度会发生局部突然上升。水跃有时候是很危险的，比如下图的小球在水跃作用下难以逃脱，想象一下如果小球是某个人划着小船。之前我们做了一个水龙头放水的水跃现象，今天，我们继续做一个河流的水跃模拟。

2 建模与网格

    建立如下的二维模型，该模型参考了Laura Montano等人的实验模型。

3 求解设置

    水跃现象的模拟涉及到液面的捕捉，因此采用VOF两相流模型更为合适，我们设定空气为主相，水为次相。

    采用默认的SST k-ω湍流模型。

    瞬态求解，开启重力项。

    设置水流入口为速度边界，水流速度1m/s，次相的体积分数为1。

    水流上部设置为压力入口，体积成分为100%空气，注意这个位置如果设置为压力出口，由于水流出的面和压力边界刚好在一个面上，计算难以收敛。

    侧面和顶部设置为压力出口，回流的次相体积分数为0，表示外部为空气。

    按如下值进行初始化，此时速度场静止，全部为空气。

    瞬态计算，时间步长取0.001s。

4 计算结果

    我们看一下某个时刻的液态水体积分数和速度矢量，河床下坡后形成水跃，水位上升。

参考文献

AIR-WATER FLOW PROPERTIES IN HYDRAULIC JUMPS ON A POSITIVE SLOPE