臺階式溢洪道水力特性的數(shù)值模擬.pdf

1、本文對臺階式溢洪道建立數(shù)值模型,采用結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相結(jié)合的方式對模型進行網(wǎng)格劃分,利用Realizable k-ε紊流模型和VOF模型相結(jié)合的數(shù)值方法對臺階式溢洪道的水力特性進行了數(shù)值模擬的研究,得到了臺階式溢洪道的水面線、速度、壓力、紊動能和紊動耗散率分布的規(guī)律。計算結(jié)果表明,臺階式溢洪道的水流流態(tài)可以分為跌落水流和滑行水流兩種流態(tài),溢洪道上的水流流態(tài)與上游流量、溢洪道坡度、臺階尺寸等因素密切相關(guān)。滑行水流的主流基本與溢洪道坡度方向

2、平行,臺階內(nèi)有漩渦,水面線先減小后略有回升,接著沿程降低并逐漸趨于穩(wěn)定。溢洪道每個臺階上的壓力分布基本類似,臺階水平斷面壓力從凹角向凸角先降低,然后逐漸增大,在距臺階凹角大約0.8倍步長附近出現(xiàn)壓力最大值點,臺階豎直斷面凹角壓力最大,在臺階凸角下緣處有負(fù)壓區(qū),這也是臺階式溢洪道有可能產(chǎn)生空化空蝕的位置,應(yīng)予以充分的重視,臺階內(nèi)的壓力值沿程呈波浪式的變化規(guī)律。臺階凹角內(nèi)漩渦中心處的流速趨近于零,向四周速度逐漸增大,最大值不超過自由表面處的

3、流速；滑行水流的速度沿著溢洪道法向方向逐漸增大,在自由表面處達(dá)到最大值。臺階內(nèi)的紊動能和紊動耗散率變化規(guī)律基本相同,滑行水流的紊動能和紊動耗散率沿壩面法向方向由大變小,紊動能在臺階內(nèi)漩渦和滑行水流的相互作用處達(dá)到最大值,紊動耗散率在臺階凸角處最大。文中還研究了不同體型的臺階式溢洪道在不同工況下水面線、壓力、流速以及紊動能紊動耗散能的變化規(guī)律,并計算了不同工況下臺階式溢洪道的效能率。最后把數(shù)值計算的結(jié)果與以往的試驗結(jié)果進行了對比,兩者吻合