泄水建筑物是保证水利枢纽和水工建筑物的安全、减免洪涝灾害的重要的水工建筑物。在泄水建筑物中，溢洪道是一种最为常见、最广泛使用的建筑物，它的泄流能力和安全运行直接影响到主体建筑物的安全，而且在现今日益增加的水电工程规模的情况下，它在整个工程中的重要性也越来越突出。

溢洪道初步设计时要进行缜密的水力学计算，以保证其在各种工况下均能稳定安全运行。常用的模拟计算方法中，数值模拟方法受到工作量、试验成本、场地、外界条件等因素的限制很小，而且能为溢洪道水力特性研究提供直观、对比充分的研究结论。

01 几何模型及网格设置

选取新疆某水利枢纽工程Ⅱ等大（2）型工程的泄水建筑物进行数值模拟。

溢洪道由进口引渠段、控制段、泄槽段、挑流段等部分组成。进口段采用梯形断面，引渠长71.7 m，控制段采用驼峰堰，堰顶高程642.50 m，堰高2.5m，溢流堰设单孔净宽14m，闸墩厚度2.5m，控制段长25.0m，顶高程657.00 m，堰后接长250 m整体式矩形断面泄槽，末端底板高程为 605.418 m，底宽由控制段处的17.5m渐变为10m，渐变段长50 m。泄槽前段130 m纵坡为i=1∶15，其余120 m为i=1∶5，出口段采用挑流消能，挑流鼻坎长15.5 m，宽10 m，鼻坎高程 607.491 m。

采用VirtualFlow软件进行计算，以1：1尺寸的几何模型作为流体域，并用IST网格技术自动生成高质量

六面体网格，几何模型、网格和边界条件如下图所示。

02 边界条件设置

水流入口边界：压力入口边界，服从静压分布，根据上游水位高程，通过加载高级初始化文件进行设置；

空气入口边界：压力入口边界，总压强为大气压强；　

出口边界：压力出口边界，总压强为大气压强；

其余边界：壁面（wall）边界。

03 计算设置

（1）网格设置

计算域：~350x23x60(m)；网格量：~25W

（2）模型设置

湍流模型：RANS；多相流模型：Homogeneous

（3）材料设置

液相：水；气相：空气

（4）计算设置

物理时间：~30s；总步数：30000

04 数值结果与分析

下图为设计洪水位（高程650.39m）下溢洪道沿程水面高程对比，其中ex.散点为试验测量值、sim.曲线为计算值、spillway线为溢洪道。

可以看到，采用VirtualFlow软件的数值模拟结果与物理模型试验值非常吻合。由于算例几何为单孔模型，没有闸墩结构影响，所以水流相对平顺，且没有折冲现象。在i=1:5陡坡泄槽段，由于边界顺直和巨大水头作用水流很平顺且高程变化很小。

溢洪道流场及控制段流场计算结果如下，其中V_s为水流速度，W为水流高度方向速度。

溢洪道流场

其它类型溢洪道

溢洪道控制段的流场结构会受到堰结构影响，采用VirtualFlow软件对不同类型河墩溢洪道及带孔结构的溢洪道进行模拟计算。

获得的不同类型河墩溢洪道流场数据如下:

带孔结构的溢洪道流场数据如下：

带孔结构的溢洪道流场

总体来看，对于溢洪道流场仿真计算，采用VirtualFlow软件的湍流模型及多相流模型可以准确计算溢洪道任意位置上的流场数据，例如溢洪道的沿程水面高程、水流流速、流量等信息，可以弥补模型试验在测量数据部分的缺陷，为类似溢洪道的水利设施设计提供参考。