逆坡式臺階溢洪道水力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文針對傳統(tǒng)臺階式溢洪道在大流量下消能率低和容易發(fā)生空蝕破壞等問題,提出了一種新的體形——逆坡式臺階溢洪道。
　　選取三種壩坡(1:1.2、1:1.5、1:1.8),四種水平臺階形式,四組流量;采用RNG k-ε模型和VOF模型相結(jié)合的方法進行數(shù)值模擬。分析其各種組合情況下的水面線、漩渦、流速、壓強、消能率。
　　當臺階體形相同時,隨流量增加,水面高度明顯增大;體形不同時,隨臺階向上傾斜高度增大,水面線高度增加。但增加的量級

2、隨臺階水平面傾斜度增加而逐漸變小。計算工況下,每個臺階內(nèi)均產(chǎn)生一個順時針的漩渦,并隨流量增加、臺階高程降低漩渦范圍變大。當流量相等,體形不同時,漩渦在臺階鉛直面方向變化不明顯,而在水平方向,有傾角的臺階內(nèi)漩渦發(fā)展較為充分。
　　體形不同時,過臺階的流速由坎頂向下游沿程逐漸增大,并隨流量增加、坡度變陡,流速增大。各臺階凸角處的流速呈拋物線分布,在距臺階凸角0.2h以內(nèi)流速變化率最大,超過該限值以后流速變化則很小。另外,對比四種不同臺

3、階體形,各流量條件下其流速斷面分布相差甚微。
　　臺階豎直面壓強從凹角(水平臺階面)開始減小,到(0.4~0.6)h之間、出現(xiàn)一個小值,然后隨高度增加,壓強緩慢增大,到0.9h時又急劇減小、出現(xiàn)最小值,在此之后壓強又
　　急劇增大,其壓強在豎直面的分布像希臘字母“ε”。坡度和流量相同時,臺階的豎直面上,隨臺階向上傾斜高度增加,負壓區(qū)有所減小,且最大負壓值也有所減小正壓有所增加;臺階水平面上,壓強的最大值和最小值也各出現(xiàn)2次,

4、從臺階凹角開始,壓強由大減小,后增大,再減小,像水平放置的字母“s”,一般在靠近臺階凸角一側(cè),壓強出現(xiàn)最大值和最小值,但都是正壓;臺階約0.3倍長度處壓強出現(xiàn)一個最小值且當流量較小時還出現(xiàn)不大的負壓,臺階向上傾斜高度越高壓強越大,最小壓強也有所提高。
　　臺階內(nèi)紊動大于臺階外的紊動。臺階下游的紊動大于臺階上游的紊動、隨溢洪道坡度變陡,水流紊動增強,臺階與消力池連接的區(qū)域內(nèi)紊動較臺階段劇烈,但臺階傾斜對其紊動影響不大。臺階內(nèi)的耗散也