泄水建筑物作為保障水利樞紐安全、減免洪澇災害的核心水工結構，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用最廣泛的類型，在當前水電工程規模持續擴大的背景下，其泄流能力優化與安全運行分析的重要性愈發凸顯。

積鼎計算流體力學CFD軟件 VirtualFlow 憑借獨特的技術優勢，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、設計優化的關鍵工具，為水利工程設計提供科學、高效的技術支撐。

一、VirtualFlow 技術優勢：適配泄水建筑物仿真需求

泄水建筑物的水力模擬需面對復雜幾何結構、瞬態界面流（水-氣兩相流）及高精度數據輸出等需求，VirtualFlow的核心技術特性可針對性解決這些痛點：

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

2.精準界面捕捉，還原真實流態：針對溢洪道內水-氣兩相流動的核心問題，軟件可實現界面精確捕捉，對液面形態、流速分布進行精細的瞬態模擬，避免傳統計算中界面模糊導致的誤差，確保流場數據的真實性。

3.多場景適配，覆蓋設計全流程：支持 RANS等多種湍流模型、均相流模型等多種多相流模型設置，可靈活應對不同類型泄水建筑物，如駝峰堰溢洪道、帶孔結構溢洪道、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設計。

二、工程實踐：新疆某水利樞紐溢洪道仿真案例

以新疆某水利樞紐的溢洪道為研究對象，VirtualFlow通過全流程數值模擬，精準還原了溢洪道水力特性，為工程設計提供數據支撐。

（一）模型與計算基礎設置

1.幾何與網格構建

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 尺寸構建流體域，計算域規模達350m×23m×60m。

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

溢洪道設計圖

溢洪道幾何模型、網格及邊界條件設置

2.邊界與物理參數設置

（二）仿真結果：高精度與工程價值

1.水面高程：與試驗高度吻合

在設計洪水位（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、高程變化穩定，驗證了數值模擬的可靠性。

溢洪道水面高程數值結果與試驗結果對比圖

2.流場分布：精準捕捉關鍵區域特性

• 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，表明流態穩定，無折沖水流（因模型為單孔無閘墩結構，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域，控制段內流速分布均勻（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，優化設計方案

通過仿真可獲取溢洪道任意位置的流場數據（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” 的缺陷，為泄槽漸變段寬度優化（由 17.5m 漸變為 10m）、挑流鼻坎高程（607.491m）設置提供了直接數據依據。

三、多類型泄水建筑物仿真

除上述駝峰堰溢洪道外，VirtualFlow 還可針對不同結構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構的溢洪道，獲取流場中 Z 向速度（Z vel.）、速度 magnitude（Vel. Magn.）等數據，分析河墩對水流的阻擋與分流效應，優化墩體間距與形狀以避免局部沖刷。
• 帶孔結構溢洪道：針對泄槽段或控制段帶排水孔、導流孔的溢洪道，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，評估孔結構對整體流態的影響，避免孔口附近出現負壓或渦流。

(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、多場景適配的技術優勢，能通過數值仿真驗證設計方案的安全性與合理性，彌補物理試驗的測量缺陷，為工程優化提供量化數據支撐，最終助力水利樞紐實現 “安全運行、減災增效” 的核心目標。