泄水建筑物作為保障水利樞紐安全、減免洪澇災(zāi)害的核心水工結(jié)構(gòu)，其水力特性的精準把控直接決定工程安全與運行效率。溢洪道作為泄水建筑物中應(yīng)用最廣泛的類型，在當前水電工程規(guī)模持續(xù)擴大的背景下，其泄流能力優(yōu)化與安全運行分析的重要性愈發(fā)凸顯。

積鼎計算流體力學(xué)CFD軟件 VirtualFlow 憑借獨特的技術(shù)優(yōu)勢，是泄水建筑物，包括溢洪道、底孔、泄洪洞、水閘、水庫等水力特性模擬、設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵工具，為水利工程設(shè)計提供科學(xué)、高效的技術(shù)支撐。

泄水建筑物的水力模擬需面對復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)、瞬態(tài)界面流（水-氣兩相流）及高精度數(shù)據(jù)輸出等需求，VirtualFlow的核心技術(shù)特性可針對性解決這些痛點：

1.高效前處理，縮短設(shè)計周期：采用獨特的 IST 網(wǎng)格技術(shù)，支持泄水建筑物復(fù)雜幾何模型，如溢洪道進口引渠、控制堰、漸變段泄槽等高質(zhì)量六面體網(wǎng)格自動快速生成，無需大量人工干預(yù)，大幅節(jié)約前處理時間。

2.精準界面捕捉，還原真實流態(tài)：針對溢洪道內(nèi)水-氣兩相流動的核心問題，軟件可實現(xiàn)界面精確捕捉，對液面形態(tài)、流速分布進行精細的瞬態(tài)模擬，避免傳統(tǒng)計算中界面模糊導(dǎo)致的誤差，確保流場數(shù)據(jù)的真實性。

3.多場景適配，覆蓋設(shè)計全流程：支持 RANS等多種湍流模型、均相流模型等多種多相流模型設(shè)置，可靈活應(yīng)對不同類型泄水建筑物，如駝峰堰溢洪道、帶孔結(jié)構(gòu)溢洪道、不同河墩形式溢洪道的仿真需求，通過多方案對比快速篩選最優(yōu)設(shè)計。

（一）模型與計算基礎(chǔ)設(shè)置

1.幾何與網(wǎng)格構(gòu)建

幾何范圍：覆蓋溢洪道全段（進口引渠段71.7m、控制段 25.0m、泄槽段 250m、挑流段 15.5m），按 1:1 尺寸構(gòu)建流體域，計算域規(guī)模達350m×23m×60m。

網(wǎng)格特性：采用 IST 技術(shù)自動生成約 25 萬六面體網(wǎng)格，兼顧計算精度與效率，確保復(fù)雜斷面（如梯形進口、漸變段矩形泄槽）的網(wǎng)格質(zhì)量。      

溢洪道設(shè)計圖

溢洪道幾何模型、網(wǎng)格及邊界條件設(shè)置

2.邊界與物理參數(shù)設(shè)置

（二）仿真結(jié)果：高精度與工程價值

1.水面高程：與試驗高度吻合

在設(shè)計洪水位（高程 650.39m）下，VirtualFlow 計算的沿程水面高程（sim. 曲線）與物理模型試驗測量值（ex. 散點）偏差極小，尤其在泄槽陡坡段（i=1:5），因邊界順直與水頭作用，水流平順、高程變化穩(wěn)定，驗證了數(shù)值模擬的可靠性。

溢洪道水面高程數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果對比圖

2.流場分布：精準捕捉關(guān)鍵區(qū)域特性

• 全段流場：水流速度（V_s）沿泄槽順坡逐步增大，在挑流段達最大值（約 25m/s），高度方向速度（W）無異常波動，表明流態(tài)穩(wěn)定，無折沖水流（因模型為單孔無閘墩結(jié)構(gòu)，消除了閘墩對水流的干擾）。
• 控制段流場：作為溢洪道水力控制核心區(qū)域，控制段內(nèi)流速分布均勻（V_s 最大約 12m/s），無局部渦流或流速突變，驗證了駝峰堰（堰頂高程 642.50m、凈寬 14m）設(shè)計的合理性。

溢洪道流場

控制段流場

3.工程價值：彌補試驗缺陷，優(yōu)化設(shè)計方案

通過仿真可獲取溢洪道任意位置的流場數(shù)據(jù)（如沿程水面高程、各斷面流速、過流流量），解決了物理模型試驗中 “難以測量局部細微流態(tài)” 的缺陷，為泄槽漸變段寬度優(yōu)化（由 17.5m 漸變?yōu)?nbsp;10m）、挑流鼻坎高程（607.491m）設(shè)置提供了直接數(shù)據(jù)依據(jù)。

除上述駝峰堰溢洪道外，VirtualFlow 還可針對不同結(jié)構(gòu)形式的泄水建筑物開展精準模擬，進一步拓展其在水利工程中的應(yīng)用場景：

• 不同河墩形式溢洪道：通過模擬帶實體墩、開孔墩等不同河墩結(jié)構(gòu)的溢洪道，獲取流場中 Z 向速度（Z vel.）、速度 magnitude（Vel. Magn.）等數(shù)據(jù)，分析河墩對水流的阻擋與分流效應(yīng)，優(yōu)化墩體間距與形狀以避免局部沖刷。

• 帶孔結(jié)構(gòu)溢洪道：針對泄槽段或控制段帶排水孔、導(dǎo)流孔的溢洪道，軟件可精準模擬孔口出流速度（如 Y 向速度 Y vel.）與主流場的相互作用，評估孔結(jié)構(gòu)對整體流態(tài)的影響，避免孔口附近出現(xiàn)負壓或渦流。

(a)

(b)

(c)

不同類型河墩溢洪道流場

在水利工程向大型化、精細化發(fā)展的背景下，VirtualFlow以高效前處理、精準流場模擬、多場景適配的技術(shù)優(yōu)勢，能通過數(shù)值仿真驗證設(shè)計方案的安全性與合理性，彌補物理試驗的測量缺陷，為工程優(yōu)化提供量化數(shù)據(jù)支撐，最終助力水利樞紐實現(xiàn) “安全運行、減災(zāi)增效” 的核心目標。