复杂几何断面输水隧洞明满交替流水动力模拟

崔巍; 丁志楠; 胡宏昌; 李晓晨; 穆祥鹏; 陈文学; 牛子厚; 雷毓灵

doi:10.13476/j.cnki.nsbdqk.2026.0002

南水北调与水利科技（中英文） ›› 2026, Vol. 24 ›› Issue (1) : 11 -19. DOI: 10.13476/j.cnki.nsbdqk.2026.0002

复杂几何断面输水隧洞明满交替流水动力模拟

崔巍, 丁志楠, 胡宏昌, 李晓晨, 穆祥鹏, 陈文学, 牛子厚, 雷毓灵

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摘要

为解决在无压隧洞输水系统中因水流调控不当引发明满交替流，进而影响工程运行安全的问题，精确模拟复杂几何断面下的明满交替流现象，基于Godunov格式有限体积法、耦合Preissmann窄缝法，建立水力瞬变数学模型。采用HLLC近似Riemann求解器计算通量，以过水断面面积为重构变量，并将地形信息嵌入重构过程；结合虚拟边界法与特征线法处理闸门启闭边界。结果表明：模型精度高、计算稳定性好，可准确捕捉明满交替流动态过程，有效模拟复杂断面隧洞水力瞬变现象。工程案例仿真分析揭示：隧洞末端闸门关闭速率决定明满交替流态转换的发生；上游闸门快速关闭及退水操作可抑制压力水头波动。研究成果为明满交替流机理研究及输水系统安全运行策略制定提供了理论依据。