分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用水力特性的數(shù)值模擬.pdf

1、分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用是一種新型的摻氣消能設(shè)施，文獻(xiàn)[37]對(duì)其進(jìn)行了模型試驗(yàn)，本文通過(guò)FLUENT軟件對(duì)該設(shè)施進(jìn)行三維數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以便對(duì)該設(shè)施進(jìn)行推廣應(yīng)用。
　　分流齒墩摻氣設(shè)施的結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，臺(tái)階式溢洪道也是一種復(fù)雜形體，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，除采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格外，在分流齒墩摻氣設(shè)施墩頭處采用非結(jié)構(gòu)加密網(wǎng)格，在臺(tái)階內(nèi)部進(jìn)行局部網(wǎng)格加密，自由液面采用VOF法捕捉，采用RNGk-ε模型進(jìn)行計(jì)算。

2、r>　　數(shù)值計(jì)算主要研究分流齒墩摻氣設(shè)施與臺(tái)階式溢洪道聯(lián)合應(yīng)用的水流流態(tài)、流速場(chǎng)、壓強(qiáng)場(chǎng)和消能效果。
　　分流齒墩摻氣設(shè)施分為摻氣分流墩流態(tài)和齒墩流態(tài)，數(shù)值模擬研究了這兩種挑射水流流態(tài)的水舌最大和最小射距、臺(tái)階內(nèi)漩渦中心的位置、邊墻水面線。水舌最大和最小射距與模型試驗(yàn)稍有差異，但變化規(guī)律一致;漩渦中心距臺(tái)階凹角的相對(duì)距離約為0.17～0.42;邊墻水面線在摻氣量較小時(shí)，與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致，在摻氣量較大時(shí)，計(jì)算值小于實(shí)測(cè)值。

3、　　齒墩墩頭處的最大壓強(qiáng)發(fā)生在距墩底約hi/△=0.7處，墩頭側(cè)面切點(diǎn)附近出現(xiàn)負(fù)壓，在切點(diǎn)以后，負(fù)壓逐漸減小。在齒墩流態(tài)情況下，整個(gè)墩頂均為負(fù)壓，在墩頂x0/l0=0.25、y0/(b0/2)=0～0.34范圍內(nèi)出現(xiàn)最大負(fù)壓，在最大負(fù)壓中心以外，壓強(qiáng)逐漸增大。
　　水舌最大壓強(qiáng)的沖擊區(qū)域?yàn)?.1＜x'/X0＜0.3，最大相對(duì)壓強(qiáng)P'max/P0隨著堰上水頭的減小而增大，隨墩前未擾動(dòng)斷面弗勞德數(shù)和臺(tái)階式溢洪道坡度的增大而增大。

4、>　　臺(tái)階水平面的壓強(qiáng)與單純臺(tái)階式溢洪道的壓強(qiáng)分布一樣，由臺(tái)階凹角向凸角逐漸減小，在臺(tái)階漩渦中心有一壓強(qiáng)極小值，隨后壓強(qiáng)逐漸增大，在x/b=0.88處有一壓強(qiáng)最大值，在臺(tái)階凸角處壓強(qiáng)又減至最小，甚至出現(xiàn)負(fù)壓。臺(tái)階豎直面在y/a=0.65～0.7處出現(xiàn)負(fù)壓，在y/a=0.8處負(fù)壓最大。臺(tái)階水平面漩渦中心、臺(tái)階凸角處和臺(tái)階豎直面壓強(qiáng)最小處的相對(duì)時(shí)均壓強(qiáng)沿程均呈波浪式變化。
　　臺(tái)階內(nèi)部的紊動(dòng)能最大，最大紊動(dòng)耗散率的位置與紊動(dòng)能基本一致