不同體形臺(tái)階式溢洪道水力特性研究.pdf

1、溢流面板堆石壩作為面板壩的改進(jìn)壩型能夠很好地解決在“V”形山谷建壩時(shí)的泄洪問(wèn)題，并能大大降低造價(jià)。隨著榆樹(shù)溝水庫(kù)的建成和成功運(yùn)行，國(guó)內(nèi)溢流面板壩的數(shù)量也在逐年增加。本文針對(duì)溢流面板堆石壩光滑式溢洪道、傳統(tǒng)型臺(tái)階式溢洪道和折線型臺(tái)階溢洪道三種不同布置形式的溢洪道進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 采用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相結(jié)合形式對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用RNGκ-ε雙方程紊流數(shù)學(xué)模型和VOF模型相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算，重點(diǎn)對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的速

2、度場(chǎng)、壓強(qiáng)場(chǎng)、摻氣濃度以及紊動(dòng)耗散率進(jìn)行分析。其結(jié)論如下：
　　 光滑式溢洪道：在相同單寬流量下，2號(hào)摻氣槽內(nèi)的摻氣濃度和摻氣規(guī)模都比1號(hào)摻氣槽的較大，兩摻氣槽內(nèi)的摻氣濃度隨著流量的增加先增加后迅速減小，整個(gè)溢洪道流場(chǎng)比較平穩(wěn)，在摻氣槽的部位形成穩(wěn)定的順時(shí)針?shù)鰷u，其速度隨著單寬流量的增加而增大，摻氣槽內(nèi)壓強(qiáng)值隨著流量的增加而增大，在摻氣槽水平段的兩端出現(xiàn)兩個(gè)負(fù)壓區(qū)，在豎直段上除接近凹角部位為正壓外均為負(fù)壓，其頂端出現(xiàn)負(fù)壓最大值。

3、
　　 傳統(tǒng)型臺(tái)階式溢洪道：臺(tái)階式溢洪道水流自堰頂下泄，流經(jīng)一段無(wú)摻氣區(qū)后到達(dá)摻氣點(diǎn)后進(jìn)行摻氣，在溢洪道的下游有一段穩(wěn)定的摻氣區(qū)。下泄水流在每一個(gè)臺(tái)階的水平段上都有一個(gè)沖擊點(diǎn)，并在這個(gè)沖擊點(diǎn)處水流被分成兩束，一束水流被迫流入臺(tái)階內(nèi)部，在臺(tái)階的內(nèi)部形成比較穩(wěn)定的順時(shí)針橫軸漩渦區(qū)，一束水流隨下泄水流流向下游；比較光滑式溢洪道和臺(tái)階式溢洪道速度值，臺(tái)階溢洪道的流速要遠(yuǎn)小于光滑溢洪道的流速，說(shuō)明臺(tái)階段具有很好的消能作用。壓強(qiáng)在臺(tái)階水平面

4、水流沖擊點(diǎn)處出現(xiàn)最大值；臺(tái)階豎直面靠近凹角壓強(qiáng)為正值，豎直段的中上部形成一個(gè)比較大的負(fù)壓區(qū)，受到上個(gè)臺(tái)階水流的影響在豎直段的頂端處出現(xiàn)一個(gè)比較小的正壓。
　　 折線型臺(tái)階溢洪道：溢洪道內(nèi)的流場(chǎng)沿中軸面呈對(duì)稱(chēng)分布，臺(tái)階凹角的內(nèi)部形成兩個(gè)較大漩渦，兩漩渦的橫軸分別垂直于邊墻和平行于臺(tái)階豎直面，呈三元流流態(tài)，在溢洪道中軸面上兩漩渦基本消失。折線型溢洪道的負(fù)壓區(qū)比傳統(tǒng)型小，且集中在臺(tái)階凹角內(nèi)豎直面的上部，中軸面上沒(méi)有負(fù)壓區(qū)；最大正壓出現(xiàn)

5、在臺(tái)階水平面水流沖擊點(diǎn)處；壓強(qiáng)極值比傳統(tǒng)型臺(tái)階大。紊動(dòng)耗散率在溢洪道沿程上緩慢增大，在接近臺(tái)階底部基本保持不變；在單個(gè)臺(tái)階內(nèi)部，由于臺(tái)階內(nèi)部凹角兩漩渦的影響，紊動(dòng)耗散率在寬度方向上分布不同，紊動(dòng)耗散率在臺(tái)階邊墻和1/4軸面處有三個(gè)較大值區(qū)域，在中軸面上變?yōu)閮蓚€(gè)。
　　 由以上分析可得，臺(tái)階式溢洪道比光滑式溢洪道不管是摻氣濃度還是在消能減蝕都有很大的優(yōu)勢(shì)，而折線型臺(tái)階式溢洪道和傳統(tǒng)型相比，水流在寬度方向上的不均勻分布更增強(qiáng)了臺(tái)階段