小流量自由跌水長度及消能研究.pdf

1、自由跌水是幾何結(jié)構較為簡單但是流態(tài)非常復雜的現(xiàn)象，其為帶自由表面的水氣兩相流。這種流動問題一直是研究的熱點。本文首先簡單介紹跌水的構造，在了解跌水研究背景的基礎上，回顧了國內(nèi)外在公式、試驗和數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀。再利用亞克力板制作不同尺寸的水槽，組成本次試驗的模型。進行模型試驗時，在不同的跌坎高度下，進行囊括多種不同流量的多組試驗，以確保試驗的全面性、合理性。并且現(xiàn)在水力學公式多為經(jīng)驗公式，本文在總結(jié)前人利用公式來計算跌水長度的研究成

2、果基礎上進行公式推導，提出一種快速、便捷地計算跌水長度的公式，并對其進行驗證。最后本文就跌水消能問題利用FLUENT軟件進行三維數(shù)值模擬，并在此基礎上開展一系列的研究。
　?。?）按照拋體運動進行自由跌水長度公式的推導。即跌水長度L=A7K/5√2qH/α，其中A為經(jīng)驗系數(shù)，取值1.5～1.6；K為空氣阻力系數(shù)，取K=1；α為動能校正系數(shù)，取α=1；q為單寬流量；H為跌坎高度。
　　（2）采用VOF方法來處理水和氣體的交界面

3、以及利用其與k-ε雙方程模型相結(jié)合的方式來進行自由的跌水的三維數(shù)值模擬能夠得到非常好的效果，與實際情況較吻合。
　?。?）通過分析模擬結(jié)果中流態(tài)分布、渠道上下游壓力分布、流速分布以及流線分布來判斷采用此種數(shù)值模擬方法是非?？煽康?。
　　（4）將公式計算所得的跌水長度、模型試驗所得結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果三者進行對比分析。由對比結(jié)果可知，公式計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果非常接近，數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗研究的誤差值分別為17.6％、22.4

4、%、14.6%。根據(jù)前人在數(shù)值模擬方面的經(jīng)驗以及實際試驗條件，此誤差值在可以接受的范圍內(nèi)。所以該公式可以運用于實際工程。
　　（5）為使底板以及兩岸減小沖刷，在下游設置一定高度的消力墻以提高消能率。本文在下游適當位置設置不同高度的消力墻，結(jié)合數(shù)值模擬與試驗結(jié)果中的臨底流速與動水壓力來選出最優(yōu)的消力墻高度。就本文的模型而言，選擇3cm高的消力墻時，綜合跌坎后底板與消力墻后底板的臨底流速值以及最大動水壓力值為綜合考慮最優(yōu)情況，為今后實