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水流交汇问题广泛存在于自然界和实际工程中,比如河流交汇、施工导流、地下排水系统等。交汇处的水力特性对河道泥沙输移,污染物扩散等具有重要影响。且交汇处水流的水力特性随交汇角度的变化而变化,在实际工程中存在很多小角度交汇情况,比如地下管网、施工导流下游入汇主河道等,所以对小角度交汇水流的研究是具有重要价值的。 本文通过对大量国内外文献资料的阅读,研究分析了大角度交汇水流的三维水力特性,提出了研究课题,确定交汇水流试验的研究方法,明确了研究内容。建立交汇角为30°的水槽试验模型,并确定试验测试方法。首先在建立的物理模型上进行了明槽水流试验,对其最大流速位置和流速分布进行研究分析,试验结果表明了水槽的精确度,其精度可以满足交汇试验。然后再进行交汇角30°条件下的交汇水流试验,对其交汇口及下游的流速场、紊动场及分离区进行研究。研究结果表明其滞留区水位壅高,分离区水位较低,水面呈现出极度不规则的扭曲面,回流现象比较明显。其流速纵向上是先增大后减小,横向上流速分布在交汇前是从右往左逐渐变大的,交汇口先是从右往左逐渐变大,在靠近交汇口位置流速突然变小,交汇口下游是中间大两边小。紊动大小纵向上在交汇口和分离区出现两次峰值,横向上的规律在交汇口位置和流速相反,下游是左边大右边小。由于物理试验模型交汇角的角度不可以改变,在物理试验的基础上引入数值模拟方法,借助其简便、高效定量分析交汇水流三维水力特性。计算网格采用六面体结构网格,用有限体积法离散控制方程组,用SIMPLEC算法对压力-速度场求解。在这些基础上,首先建立了交汇角为30°的物理试验模型,用其模拟结果和物理试验结果验证,验证结果比较吻合,然后对交汇角15°、20°、25°三种工况进行了数值模拟。试验结果表明随着交汇角的减小,最大流速区的宽度变窄,下游分离区的尺寸也随着减小,流速最大值也随之减小。而且小角度交汇的交汇水流交汇口下游都出现了断面环流,其强度在纵向上越远离交汇口越小,随着交汇角的减小断面环流的强度也减小,扩散段的长度也减小。