Page 77 - 2025年第56卷第7期

结果见表 1。对比发现，MAE 均保持在 1.64% 以内，RMSE 均保持在 1.80% 以内，反映模拟结果较为准
确，能够为实际工程提供理论支撑。

3 分析与讨论

3.1 原 工 况 基 于 Mixture 数 学 模 型 ， 对 模 型 前 池 进 行 计
表 1 误差分析
算，待流场稳定后，提取前池底部向上 0.1 m 处的断面 y1
测线 MAE/% RMSE/%
（下同），见图 7（a）。由图可见，在正向前池中，主流区域
流速较高，流线分布较为均匀。然而，由于几何结构的突 L1 1.19 1.45
然扩张，出现了显著的流动分离现象，伴随左右两侧形成 L2 1.64 1.80
对称的漩涡结构。这些漩涡的形成主要源于局部压力梯度 L3 0.71 0.83
变化以及诱发的边界层分离，呈现典型的扩散流动不稳定
现象。漩涡区域的特征与雷诺数直接相关，在该数值模拟条件下，流体惯性力占主导地位，使前池突
扩区域内的涡核维持显著的旋转强度。漩涡的存在对泥沙的输运及沉积产生了深远影响。涡流区域通
常伴随着流速减弱和紊动增强的特点，导致泥沙颗粒因惯性力降低而发生滞留。泥沙含量分布图 7（b）
进一步验证了这一点。高含沙量主要集中于前池两侧漩涡区域，而中心主流区域的泥沙浓度明显较
低。这表明涡流区域具有显著的泥沙捕获能力，而主流区域的高流速促进了泥沙的输移过程。这种现
象可以用泥沙颗粒的沉降特性解释：在漩涡区域，湍流能量耗散较大，颗粒沉降速度显著提高，且漩
涡流动中的低压区对泥沙的集聚有一定吸附作用。此外，泥沙颗粒的浓度分布还受到颗粒尺度和泥沙
浓度梯度的耦合作用，这进一步增强了涡流区域的泥沙富集效应。结合流体力学理论，几何结构的突
然扩张导致了流体动量传递的局部失衡，使得前池突扩段成为流动与泥沙输移的关键区域。局部动量
交换增强以及漩涡产生会对泥沙沉积产生显著影响。综上所述，该数值模拟揭示了泵站前池突扩段内
流动与泥沙分布的关系，特别是漩涡结构对泥沙运动及沉积的主导作用，因此，可以通过整流措施来
减弱漩涡效应，从而减少泥沙沉积的风险。

图 7 原工况计算结果

［6］
3.2 初步优化 为了对整体流场结构进行改善，参考 Wang 等 的做法，加入八字形导流墩，距离进
口 0.12 m，左侧导流墩间距为 0.2 m，新工况数值模拟结果见图 8。图中前池内绿色区域为八字形导流
墩，相比无导流墩的情况，导流墩的设置对泥沙分布产生了一定的影响，但从整体流态和泥沙含量分
布看，其优化效果有限。在流场分布图 8（a）中，导流墩的存在使主流区域发生了局部偏转，导致导流
墩两侧形成了较大的低速漩涡区。这些涡区集中在导流墩的后方，呈现出典型的流体分离现象，流速

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