某階梯溢洪道的水流水力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了充分研究某階梯溢洪道的水流水力特性，本文在CAD中建立階梯溢洪道的計算區(qū)域，采用ANSYS ICEM CFD軟件劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，應(yīng)用FLUENT，采用k-ε模型模擬紊流和VOF法追蹤自由水面，分別在不同工況下對階梯溢洪道進行整體三維流場數(shù)值模擬。將水面高程、底板壓強、斷面流速及消能率的計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對比分析，兩者吻合良好。為避免臺階空蝕空化、沖刷破壞和保證消能充分，提出了臺階、消力池及消力墩的聯(lián)合消能的溢洪道。研究表明本文所

2、采用的三維數(shù)值模擬區(qū)域和計算方法能夠較準確地反映階梯溢洪道的水流流場特性，快速提供更加細膩、完整的流場信息，且能為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供可靠的依據(jù)。主要研究成果有:
　　(1)關(guān)于水流流態(tài)。階梯溢洪道上為滑行水流，臺階內(nèi)的漩渦順時針旋滾。溢洪道坡度為15.9°，是緩坡。上一級臺階邊緣的尾流干擾相鄰下一級臺階水流流態(tài)，使下一級臺階內(nèi)形成三維不穩(wěn)定回流，形成“尾流-臺階相干擾”型滑行水流。
　　(2)關(guān)于壓強。每個臺階上壓強分布均勻

3、且規(guī)律相同。當臺階內(nèi)有水流旋滾時，水流沖擊水平段，產(chǎn)生最大正壓;背離臺階鉛直面，產(chǎn)生最大負壓。當臺階內(nèi)無水流旋滾時，豎直面產(chǎn)生較小負壓或者不產(chǎn)生負壓。
　　(3)關(guān)于流速。典型斷面中垂線水深流速分布規(guī)律是在固壁面上流速為零，越接近水面流速越大，直至水面為最大。臺階凹角處存在漩渦，漩渦中心速度趨近于零，向外逐漸增大，至自由水面流速為最大值。
　　(4)關(guān)于消能率。階梯末端消能率均已達到80％以上，說明階梯消能效果顯著。但是，隨