臺階式溢流壩壩后消力池壓強特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、常規(guī)的臺階式溢流壩下游臺階末端用反弧段將之與消力池銜接,這種消能工已被廣泛應用到很多實際水利工程中,表現(xiàn)出了良好的消能效果。目前大部分研究工作都是針對這種型式結構的,而對于下游臺階末端不設過渡段時,臺階面及消力池的水力特性研究則較少,特別是數(shù)值模擬研究目前尚未見到。本文以物理模型試驗為基礎,利用數(shù)值模擬的方法對這種不設反弧段的新型消能結構消力池的水力特性進行了模擬研究。通過采用κ-ε雙方程紊流模型,引入水氣兩相流的VOF模型,利用幾何重

2、建格式來迭代生成自由水面,對復雜幾何邊界采用非結構網(wǎng)格進行處理,成功地對臺階溢流壩的流場進行了數(shù)值模擬。其中重點對消力池段的壓強特性進行了分析研究,數(shù)值模擬與試驗結果對比分析表明,兩者吻合較好。消力池底板的壓強的特點主要體現(xiàn)為：(1)對于時均壓強：在遠驅水躍、臨界水躍和淹沒水躍三種水流狀態(tài)下,消力池底板上的時均壓強都表現(xiàn)出了比較相似的分布規(guī)律,在消力池內水流沖擊處有峰值即最大壓強出現(xiàn)；在接近水躍區(qū)以及水躍區(qū)時壓強出現(xiàn)振蕩；水躍區(qū)過后壓強

3、分布逐漸平穩(wěn)；流量、壩面坡度、臺階高度為影響消力池底板時均壓強的重要因素。在相同條件下,時均壓強在水流沖擊段的壓強峰值都是隨著流量的增大和坡度的增大而增加；壓強峰值隨臺階高度的變化則是在大臺階時表現(xiàn)為小的壓強。(2)對于脈動壓強：脈動壓強的整體分布大小要比時均壓強值小,其分布規(guī)律與時均壓強類似,也在水流沖擊段有峰值出現(xiàn)。過后壓強開始變小,經(jīng)過水躍區(qū)至消力池尾段,壓強趨于穩(wěn)定,接近定值；不同水躍時,在消力池水流的水躍部分的壓強有較大差值,