臺階式溢流壩壩后消力池壓強(qiáng)特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、常規(guī)的臺階式溢流壩下游臺階末端用反弧段將之與消力池銜接,這種消能工已被廣泛應(yīng)用到很多實(shí)際水利工程中,表現(xiàn)出了良好的消能效果。目前大部分研究工作都是針對這種型式結(jié)構(gòu)的,而對于下游臺階末端不設(shè)過渡段時,臺階面及消力池的水力特性研究則較少,特別是數(shù)值模擬研究目前尚未見到。本文以物理模型試驗(yàn)為基礎(chǔ),利用數(shù)值模擬的方法對這種不設(shè)反弧段的新型消能結(jié)構(gòu)消力池的水力特性進(jìn)行了模擬研究。通過采用κ-ε雙方程紊流模型,引入水氣兩相流的VOF模型,利用幾何重

2、建格式來迭代生成自由水面,對復(fù)雜幾何邊界采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行處理,成功地對臺階溢流壩的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。其中重點(diǎn)對消力池段的壓強(qiáng)特性進(jìn)行了分析研究,數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對比分析表明,兩者吻合較好。消力池底板的壓強(qiáng)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)為：(1)對于時均壓強(qiáng)：在遠(yuǎn)驅(qū)水躍、臨界水躍和淹沒水躍三種水流狀態(tài)下,消力池底板上的時均壓強(qiáng)都表現(xiàn)出了比較相似的分布規(guī)律,在消力池內(nèi)水流沖擊處有峰值即最大壓強(qiáng)出現(xiàn)；在接近水躍區(qū)以及水躍區(qū)時壓強(qiáng)出現(xiàn)振蕩；水躍區(qū)過后壓強(qiáng)

3、分布逐漸平穩(wěn)；流量、壩面坡度、臺階高度為影響消力池底板時均壓強(qiáng)的重要因素。在相同條件下,時均壓強(qiáng)在水流沖擊段的壓強(qiáng)峰值都是隨著流量的增大和坡度的增大而增加；壓強(qiáng)峰值隨臺階高度的變化則是在大臺階時表現(xiàn)為小的壓強(qiáng)。(2)對于脈動壓強(qiáng)：脈動壓強(qiáng)的整體分布大小要比時均壓強(qiáng)值小,其分布規(guī)律與時均壓強(qiáng)類似,也在水流沖擊段有峰值出現(xiàn)。過后壓強(qiáng)開始變小,經(jīng)過水躍區(qū)至消力池尾段,壓強(qiáng)趨于穩(wěn)定,接近定值；不同水躍時,在消力池水流的水躍部分的壓強(qiáng)有較大差值,