階梯溢洪道紊流數(shù)值模擬及消能影響因素分析.pdf

1、階梯溢洪道是一種利用溢流面設(shè)置臺階來進行消能的新型消能工，與光滑溢洪道相比，因其具有消能效果明顯、簡化下游消力設(shè)施、節(jié)省投資等優(yōu)點，所以已得到廣泛的研究和應(yīng)用。為了進一步討論階梯溢洪道紊流數(shù)值模擬和分析消能影響因素，本文以數(shù)值模擬為手段主要討論了臺階高度、泄槽坡度、臺階形狀對水力特性和相對消能率的影響，并初步對柔性襯護階梯溢洪道內(nèi)的水流進行了數(shù)值模擬，同時對絕對消能率公式、流速公式中的摻氣影響系數(shù)進行了討論和評價。
　　 本文結(jié)

2、合VOF法，采用standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε三種模型對階梯溢洪道進行數(shù)值模擬，并與實測結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)RNG k-ε模型的模擬效果和計算效率相對較好，且可行合理。
　　 為了分析、探討影響階梯溢洪道消能效果的因素，本文設(shè)計了幾種不同臺階高度、泄槽坡度、臺階形狀的模擬試驗方案，通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：當?shù)灼?、壩高相同時，在較小流量情況下，臺階高度的變化對相對消能率的影響較顯著，在較大流量情況下

3、，臺階高度的變化對相對消能率的影響較?。辉谠囼灧秶鷥?nèi)，當坡角在5.71°~33.69°時，存在某一臺階高度可以使相對消能率達到最大；當臺階高度、流量、壩高相同時，隨底坡變緩，其相對消能率有所增大，但增幅較小，反映出底坡對相對消能率的影響較小；當?shù)灼隆⒘髁?、壩高相同時，不同的臺階形狀（或臺階布置形式）之間的相對消能率有較大差異，說明臺階形狀對相對消能率有一定的影響，其中，V形臺階、過渡式與外凸式臺階及直角形臺階的相對消能率較大，各臺階形狀

4、情況下相對消能率（η）大小排序為：
　　 ηV形>η過渡式≈η外凸式>η直角>η楔形>η削角>η修圓角。
　　 對于采用土工膜袋構(gòu)成階梯來進行消能的柔性襯護階梯溢洪道，本文嘗試采用VOF法與RNG k-ε模型結(jié)合的方式模擬了這種溢洪道內(nèi)的水流，并對比了模擬結(jié)果與試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二者基本相近，且總體趨勢基本一致，說明采用上述方法來近似模擬分析柔性階梯形襯護溢洪道的水流特性是可行的。在同流量同坡度情況下，對比土工膜袋傾斜向上放