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丁坝作为水利工程中的一种护岸建筑物,利用其挑流功能改变水流的结构,避免河岸受到水流侵蚀。本文主要通过在水槽弯道中设置不同类型的丁坝,研究丁坝设置后对180°明渠弯道水流特性的影响。实验包括物理模型与数学模型两部分,研究弯道中设置不同丁坝时对水流特性的影响。物理模型部分,使用自动水位测量系统并结合人工测量的方法和流速测量系统,得到弯道内测量断面的水位、流速数据,利用实验数据分析了弯道内自由水面沿程变化、水面横比降、水面纵比降和流速沿程变化。数学模型部分,通过ANSYS CFD模块进行数值模拟,用Geometry软件建立与物理模型尺寸相同的三维数值模型,将模型导入进Mesh软件中进行非结构网格的划分,用Fluent软件设置求解条件进行求解计算,并利用Tecplot、CFD-Post软件对数据进行后处理,将数据结果和水槽物理模型所得数据进行对比验证。模拟结果主要对比分析了弯道内的流速、坝后回流区尺度、湍动能的分布和变化规律。主要研究成果和结论如下:(1)在不同实验工况下,弯道内凹岸的水位均高于凸岸水位,并且弯道凸岸侧的水位变化幅度高于凹岸侧的水位变幅。在坝前由于丁坝的挡水作用,坝前壅水作用十分明显;水流绕过丁坝后,坝后水跌现象明显,水位迅速下降。(2)丁坝布设后,丁坝附近河道的过水断面收缩,主流偏向于凸岸,在坝头前后形成高流速区,在丁坝上下游延伸出较大的影响范围,凸岸附近的水流流速增加明显,可能会对凸岸产生了一定的冲刷;丁坝凹岸前后水流流速减弱十分明显,对凹岸起到了明显的保护作用。(3)在弯道同一位置布设不同角度的丁坝,主要影响弯道内水流水位和流速的大小,水流在弯道内的沿程变化规律则趋于一致;在弯道的不同位置布设相同角度的丁坝,水流在弯道内的沿程变化规律有很大不同,各个观测断面的水位与流速也各不相同。在弯道不同位置处,135°挑角丁坝对水流的影响最小,弯道内水流的流态相对稳定,所以在工程中应采用下挑丁坝为宜。(4)丁坝在弯道中的布设位置,在一定范围内随着在弯道内角度的增加,丁坝对水流的影响距离也随之增长,坝前壅水现象越为明显,弯道水流水位的变化幅度也随之增加,水面横比降则呈现先增大后减小。坝后主流区影响范围逐渐减小,最大流速也随之减小;但对坝前水流的影响范围逐渐增大。(5)丁坝布设后,弯道内的水流出现分离现象,在坝后形成了以逆时针为主的漩涡区,随着丁坝在弯道内距离的增加,坝后回流区的长度呈现出由大到小再到大的过程。对比不同长度的丁坝,坝长/河宽为0.1250丁坝弯道内主流区范围和最大流速值均相对减小,对河道凸岸的冲刷作用也明显减小。在弯道进口0°和垂直90°处宜设置为坝长/河宽为0.1250丁坝;而在弯道的中间段,宜设置为坝长/河宽为0.1875丁坝或者增加坝长/河宽为0.1250丁坝的布设密度,这样能更好的起到保护河岸的作用。文中物理实验所测得的数据均是单点数据,不能够直观的反映出水流在弯道内的流动,并且实验过程较长,耗材多,工作量巨大。而数值模拟结果是直观可见的,可以反映出水流在整个弯道内的状态,进一步加深了对弯道内水流的研究,且工作量明显减少。将两种研究方法相结合,所得到的数据真实而又生动,对弯道中布设丁坝后水流特性的研究,起到了很好的促进作用。