輸水管道出口多噴孔射流三維紊流數(shù)值模擬及消能分析.pdf

1、多噴孔淹沒式套筒閥是一種用于壓力管道的新型消能型式,它是利用多股多層噴孔使水流高速噴出后在消力池內(nèi)卷吸、摻混,形成強(qiáng)烈紊動(dòng)水流來(lái)消減輸水管道出口的剩余能量。目前,對(duì)于管道多孔射流的研究,多集中于動(dòng)力工程中的混合問(wèn)題和環(huán)境工程中物質(zhì)的擴(kuò)散問(wèn)題,而對(duì)于利用多孔射流的紊動(dòng)特性來(lái)消除管道出口處的剩余能量的研究目前尚不多見。本文采用RNG k-ε紊流模型對(duì)管道出口多噴孔射流消能進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究,研究噴孔的大小、數(shù)量、以及布置方式對(duì)該消能工消

2、能效率的影響,并對(duì)噴孔的優(yōu)化布置方式進(jìn)行初步的探索。首先從各方面回顧和評(píng)述了射流理論,并對(duì)目前所使用到的各種紊流數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià),為本文模型的建立和完善打下了基礎(chǔ)。通過(guò)比較各模型的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合實(shí)際條件,建立適合多噴孔射流的數(shù)學(xué)模型。給出了流動(dòng)的控制方程,對(duì)控制方程進(jìn)行了封閉、離散和數(shù)值求解。其次,本文對(duì)單孔、雙孔射流進(jìn)行模擬,研究其射流的機(jī)理,并結(jié)合文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)資料對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好,以此

3、表明所采用的數(shù)學(xué)模型的可靠性,以及模擬計(jì)算值的合理性。本文以萬(wàn)家寨引黃入晉工程第1區(qū)段的管道出口消能問(wèn)題為實(shí)際算例,對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。比較了采用VOF法和彈性蓋法模擬自由水面對(duì)消力池內(nèi)流場(chǎng)的影響,通過(guò)分析表明,兩種方法的計(jì)算結(jié)果差異不大,特別是對(duì)流場(chǎng)沒有影響,因而采用彈性蓋法模擬自由水面是合理可行的。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,噴孔的大小、數(shù)量、以及布置方式?jīng)Q定了該消能工的消能效率。為了比較不同的工況對(duì)消能效果的影響,本文提出了斷面余能比的概念