收縮墩-跌坎消力池聯(lián)合消能工水力特性的數(shù)值模擬.pdf

1、在水利工程中，大單寬、低弗勞德數(shù)引起的振蕩水躍一直是比較難解決的問(wèn)題。本文針對(duì)因客觀(guān)條件限制而無(wú)法通過(guò)改變消力池幾何尺寸來(lái)消除大單寬、低弗勞德數(shù)引起的振蕩水躍問(wèn)題，嘗試在擴(kuò)散段末增加收縮墩，形成收縮墩-跌坎聯(lián)合消能工來(lái)解決這一難題。本文采用模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬的方法，研究了該聯(lián)合消力池在不同下游水位下消力池內(nèi)流態(tài)及水力特性的變化，分析引起振蕩的原因與避免條件及其消能機(jī)理。主要結(jié)論有：
　?。?）依據(jù)模型試驗(yàn)與流場(chǎng)模擬結(jié)果，跌坎消力池

2、在大單寬、低弗勞德數(shù)條件下會(huì)出現(xiàn)振蕩水躍問(wèn)題，引起振蕩的原因是來(lái)流與池內(nèi)水體在剪切面上形成了不穩(wěn)定大尺度剪切漩渦，相對(duì)于固體邊壁，由于增設(shè)跌坎，池內(nèi)形成水墊層，使得該不穩(wěn)定璇渦更加難以抑制，從而造成了池內(nèi)水流的大幅振蕩；模型試驗(yàn)表明，跌坎消力池在不改變其整體幾何尺寸，僅靠局部體型優(yōu)化或增設(shè)其它輔助消能工，消力池內(nèi)振蕩流態(tài)很難消除。
　?。?）跌坎消力池在池首增加收縮墩后，改變了水流入池條件，淹沒(méi)射流入池后與跌坎消力池入池水流混摻后

3、形成橫向、縱向擴(kuò)散和剪切，破壞了入池水流與消力池水墊層面上的不穩(wěn)定大尺度漩渦，消除了池內(nèi)的振蕩流態(tài)。
　?。?）當(dāng)下游水位由高到低變化時(shí)，消力池內(nèi)出現(xiàn)三種典型的穩(wěn)定流態(tài)：淹沒(méi)射流與過(guò)淹沒(méi)底流復(fù)合流態(tài)、淹沒(méi)射流與略淹沒(méi)底流復(fù)合流態(tài)、自由射流流態(tài)。在下游水位為2398.54m、2394.86m、2392.54m時(shí)，消能率分別為55.5％、60.5%、62.0%，比相同上、下游水位下跌坎消力池的消能率明顯增大，這表明收縮墩-跌坎聯(lián)合消能

4、工不但可消除大單寬、低弗勞德數(shù)下消力池內(nèi)的振蕩水躍，還可適應(yīng)下游水位的大幅變化，可不設(shè)尾坎或設(shè)置低尾坎。
　?。?）相對(duì)于跌坎消力池，收縮墩-跌坎消力池中前部水流紊動(dòng)劇烈，能量耗散相對(duì)較大，在 x=50m斷面紊動(dòng)能及耗散率最大值為6.75m2/s2和41.6m2/s3，遠(yuǎn)大于跌坎消力池?cái)?shù)值；消力池內(nèi)壓強(qiáng)與流速分布三元特性明顯。下游水位從高至低，消力池內(nèi)前半段壓強(qiáng)逐漸減小，后半段大小相近；入池流速相近，池首兩側(cè)回流流速則逐漸增大；消