切角形臺(tái)階溢洪道水力特性的三維數(shù)值模擬——以魚(yú)背山水庫(kù)為例.pdf

1、本文以重慶魚(yú)背山水庫(kù)岸邊臺(tái)階式溢洪道工程為研究對(duì)象，對(duì)原溢洪道臺(tái)階凸角分別作30°、45°和60°切角處理，在三種不同流量工況下，建立了四種不同體形（方角和切角）的臺(tái)階式溢洪道三維模型。應(yīng)用GAMBIT軟件進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，及FLUENT軟件進(jìn)行三維數(shù)值模擬計(jì)算，最后利用TECPLOT等軟件進(jìn)行后處理和分析對(duì)比。得到了4種體形在水面線、速度場(chǎng)、壓強(qiáng)場(chǎng)、紊動(dòng)能和紊動(dòng)耗散率以及消能率等計(jì)算結(jié)果，并對(duì)4種體形的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，分析了它們之間

2、的差異及優(yōu)劣，對(duì)臺(tái)階溢洪道未來(lái)關(guān)于切角方面的研究提供了一定的參考價(jià)值。其具體研究結(jié)論如下：
　　1.臺(tái)階式溢洪道切去凸角之后對(duì)臺(tái)階段的流態(tài)、水面線有一定影響，但對(duì)溢洪道上游的緩坡段和下游消力池段水流的水面線基本無(wú)明顯影響。水面線隨著流量的增加，溢洪道上游的緩坡段、臺(tái)階段和下游消力池段的自由水面線都相應(yīng)抬高。
　　2.傳統(tǒng)臺(tái)階溢洪道中臺(tái)階內(nèi)的漩渦范圍比切角形臺(tái)階溢洪道的漩渦要大，臺(tái)階豎直面上的切角越大，臺(tái)階在水平和豎直方向的漩

3、渦就越大。臺(tái)階內(nèi)漩渦的旋轉(zhuǎn)速度隨流量Q的增加有所增大，漩渦外滑行水流的速度也隨著流量Q的增大逐漸變大。
　　3.四種體形在臺(tái)階的水平面上都呈現(xiàn)正壓，最大正壓出現(xiàn)在水舌沖擊點(diǎn)區(qū)域，但壓強(qiáng)沿臺(tái)階水平面分布不均，等壓線以臺(tái)階水平面出現(xiàn)最大值為中心向周?chē)鷶U(kuò)散而減弱。而在臺(tái)階豎直面上，原體形中負(fù)壓出現(xiàn)的區(qū)域約占豎直臺(tái)階的1/3高度，其他三種體形由于凸角部分被切除，負(fù)壓基本上都集中出現(xiàn)在斜切面上，而豎直面除靠近切角外都是正壓。
　　4.

4、隨單寬流量的增大，消能率減小。原體形的消能率大于切角后體形的消能率，隨著切角度數(shù)的增大，消能率稍有減小的趨勢(shì)。
　　5.對(duì)于臺(tái)階式溢洪道采用的擴(kuò)散形式，切除凸角的臺(tái)階體形在臺(tái)階豎直和水平面上的漩渦比傳統(tǒng)臺(tái)階小，漩渦外滑行水流的速度大小變化規(guī)律都是對(duì)稱面處流速最大，1/2寬處次之，邊墻處流速最小。傳統(tǒng)臺(tái)階體形在臺(tái)階豎直面上的負(fù)壓區(qū)域大小為對(duì)稱面處最大，邊墻處最小，切除凸角的臺(tái)階體形在切角處的負(fù)壓區(qū)域大小為對(duì)稱面處最大，邊墻處最小，最