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(tái)階來(lái)進(jìn)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(jiǎn)化下游消力設(shè)施、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，所以已得到廣泛的研究和應(yīng)用。為了進(jìn)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(tái)階高度、泄槽坡度、臺(tái)階形狀對(duì)水力特性和相對(duì)消能率的影響，并初步對(duì)柔性襯護(hù)階梯溢洪道內(nèi)的水流進(jìn)行了數(shù)值模擬，同時(shí)對(duì)絕對(duì)消能率公式、流速公式中的摻氣影響系數(shù)進(jìn)行了討論和評(píng)價(jià)。
　　 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(duì)階梯溢洪道進(jìn)行數(shù)值模擬，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)RNG k-ε模型的模擬效果和計(jì)算效率相對(duì)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(jì)了幾種不同臺(tái)階高度、泄槽坡度、臺(tái)階形狀的模擬試驗(yàn)方案，通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：當(dāng)?shù)灼隆胃呦嗤瑫r(shí)，在較小流量情況下，臺(tái)階高度的變化對(duì)相對(duì)消能率的影響較顯著，在較大流量情況下

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

4、情況下相對(duì)消能率（η）大小排序?yàn)椋?br>　　 ηV形>η過(guò)渡式≈η外凸式>η直角>η楔形>η削角>η修圓角。
　　 對(duì)于采用土工膜袋構(gòu)成階梯來(lái)進(jìn)行消能的柔性襯護(hù)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(duì)比了模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二者基本相近，且總體趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明采用上述方法來(lái)近似模擬分析柔性階梯形襯護(hù)溢洪道的水流特性是可行的。在同流量同坡度情況下，對(duì)比土工膜袋傾斜向上放