本案例以垂直戽斗水流为研究对象，建立垂直戽斗水流仿真模型，对水流在垂直戽斗管道的运动情况进行了仿真分析。分析了水流在垂直戽斗管道的运动形态、水流的流速变化以及对管道的压力，探讨水流在垂直戽斗管道中流动规律，为戽斗管道形式确定提供重要的依据。

仿真分析

1 仿真模型的建立

针对单个垂直戽斗管道情况建立仿真分析模型，如图1，为了真实模拟水由水槽流入戽斗和从戽斗中喷出的情况，在建立仿真模型时，除将戽斗管道建立欧拉网格外，水槽以及水喷出戽斗的区域也建立了欧拉网格。

2 仿真参数

    在进行仿真计算时，需进行参数设定，根据仿真需要所涉及的参数如下：

水的密度（ρ1）取1000kg/m3、体积模量（K1）取2.1GPa、空气的密度（ρ2）取1.197 kg/m3、重力加速度（g）取9.8kgm/ s2。

3 计算状态及工况确定

3.1戽斗转角的筛选

    根据设计要求，需首先对戽斗转角1600与戽斗转角 1500，水位高度由156增加到170mm，入水速度71.41m/s进行仿真分析，并依据水流在管道流动情况进行筛选，筛选原则为水流在戽斗管道顺利流出。

戽斗转角1600情况下水流在管道的流动情况见图2；戽斗转角1500情况下水流在管道的流动情况见图3。由图2、图3可以看出在戽斗转角1600时，水流在戽斗管道内不能顺利流出；在戽斗转角1500时，水流在戽斗管道内能够顺利流出。

根据筛选原则，确定戽斗转角为1500。

3.2 工况

    根据戽斗转角的筛选与仿真计算的要求，确定工况如表1。

                             表1     计算工况表

3.4 仿真结果

3.4.1 戽斗中水流情况

在确定戽斗转角的基础上， 应用MSC.Dytran对各种工况进行仿真计算，得出了水流在戽斗管道的流动情况以及水压随时间变化情况。

工况1情况下水流在管道的流动情况见图3；水压随时间变化情况见图4；水流速度随时间的变化情况见图5，其它工况类似不再给出；平均水压见图10；水位变化、最大水压以及平均水压见表2。

工况2情况下水流在管道的流动情况见图6；水压随时间变化情况见图7；平均水压见图10；水位变化、最大水压以及平均水压见表2。

工况3情况下水流在管道的流动情况见图8；水压随时间变化情况见图9；平均水压见图10；水位变化、最大水压以及平均水压见表2。

图1   单管道仿真模型

图11   试验结果与仿真结果对比图