臺(tái)階式溢洪道水力特性的數(shù)值模擬.pdf

1、本文對(duì)臺(tái)階式溢洪道建立數(shù)值模型,采用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相結(jié)合的方式對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,利用Realizable k-ε紊流模型和VOF模型相結(jié)合的數(shù)值方法對(duì)臺(tái)階式溢洪道的水力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬的研究,得到了臺(tái)階式溢洪道的水面線、速度、壓力、紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率分布的規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明,臺(tái)階式溢洪道的水流流態(tài)可以分為跌落水流和滑行水流兩種流態(tài),溢洪道上的水流流態(tài)與上游流量、溢洪道坡度、臺(tái)階尺寸等因素密切相關(guān)?；兴鞯闹髁骰九c溢洪道坡度方向

2、平行,臺(tái)階內(nèi)有漩渦,水面線先減小后略有回升,接著沿程降低并逐漸趨于穩(wěn)定。溢洪道每個(gè)臺(tái)階上的壓力分布基本類似,臺(tái)階水平斷面壓力從凹角向凸角先降低,然后逐漸增大,在距臺(tái)階凹角大約0.8倍步長(zhǎng)附近出現(xiàn)壓力最大值點(diǎn),臺(tái)階豎直斷面凹角壓力最大,在臺(tái)階凸角下緣處有負(fù)壓區(qū),這也是臺(tái)階式溢洪道有可能產(chǎn)生空化空蝕的位置,應(yīng)予以充分的重視,臺(tái)階內(nèi)的壓力值沿程呈波浪式的變化規(guī)律。臺(tái)階凹角內(nèi)漩渦中心處的流速趨近于零,向四周速度逐漸增大,最大值不超過自由表面處的

3、流速；滑行水流的速度沿著溢洪道法向方向逐漸增大,在自由表面處達(dá)到最大值。臺(tái)階內(nèi)的紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率變化規(guī)律基本相同,滑行水流的紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率沿壩面法向方向由大變小,紊動(dòng)能在臺(tái)階內(nèi)漩渦和滑行水流的相互作用處達(dá)到最大值,紊動(dòng)耗散率在臺(tái)階凸角處最大。文中還研究了不同體型的臺(tái)階式溢洪道在不同工況下水面線、壓力、流速以及紊動(dòng)能紊動(dòng)耗散能的變化規(guī)律,并計(jì)算了不同工況下臺(tái)階式溢洪道的效能率。最后把數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與以往的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,兩者吻合