基于數(shù)值模擬的齒墩式內(nèi)消能工體型優(yōu)化分析.pdf

1、齒墩式內(nèi)消能工作為近幾年新提出的一種內(nèi)消能工，與傳統(tǒng)的內(nèi)消能工相比，其保證較大過流能力的同時消能率也得到了一定的保證，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膬?nèi)消能工，因此開展對這種內(nèi)消能工的研究意義重大。前期已通過物理模型試驗對這種內(nèi)消能工進行了水力特性分析，研究了齒墩數(shù)目以及面積收縮比對其消能特性、壓強特性及流速特性的影響，本文在前期工作的基礎上，采用紊流數(shù)值模擬計算軟件Fluent對其進行數(shù)值模擬，分析了不同齒墩高度以及不同過流面積的情況下齒墩式內(nèi)消

2、能工的壓力、流速分布、紊動能及其耗散率、水頭損失及消能率的變化規(guī)律。本文的主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　1．不同體型齒墩式內(nèi)消能工時均壓強在管道中的沿程變化規(guī)律類似，總體規(guī)律都是在齒墩段上游保持穩(wěn)定，在布置齒墩的部位急劇減小，而后又逐漸增大，直至恢復穩(wěn)定。
　　2．各體型齒墩式內(nèi)消能工的斷面流速矢量變化規(guī)律基本相同，距離齒墩段上下游較遠的管道中流速基本上呈矩形均勻分布，在齒墩段附近，貼近管壁處的流速相對比較小，管道中心軸位置

3、及其上下0.3D的范圍內(nèi)流速最大且基本保持同一流速值。隨著面積收縮比的減小，反向流動增強，流速恢復長度增大；面積收縮比保持不變，隨著齒墩高度的增加，齒墩段后反向流速的范圍基本保持不變，流速恢復區(qū)長度隨齒墩高度的變化不明顯，保持在1.3D左右，流速矢量分布受齒墩高度的影響不大。
　　3．各體型齒墩式內(nèi)消能工的紊動動能和紊動能耗散率分布規(guī)律大體相同，最大值均出現(xiàn)在齒墩段進口位置附近，紊動也最為強烈，流經(jīng)齒墩段后，隨著管段長度的增加，紊

4、動能和紊動能耗散率繼續(xù)衰減，最后恢復穩(wěn)定。隨著面積收縮比的減小，其紊動能和紊動能耗散率也相應增大；面積收縮比一定，隨著齒墩高度的增大紊動程度有略微變化，但波動幅度不大。
　　4．通過試驗模擬得出管道中的水頭損失主要是由于突縮突擴引起的局部水頭損失，當齒墩式內(nèi)消能工體型確定時，不同流量下的水頭損失線近似水平，水頭損失系數(shù)相差不大，水頭損失基本不隨流量的變化而變化。隨著面積收縮比逐漸減小，局部水頭損失系數(shù)逐漸增加，消能效果也明顯增加。