斜面階梯數值模擬研究.pdf

1、本文以Chinnarasri試驗數據為背景，通過數值模擬研究斜面階梯溢流壩的流態(tài)、摻氣和消能，主要研究內容有:
　　1)首先介紹了本文問題的研究背景，總結了階梯消能工應用的歷史背景、研究動態(tài)，列出近年來出現的幾種新型階梯消能工形式，重點總結了階梯消能工水流流態(tài)的分類、定義方法，總結摻氣點位置的研究現狀和摻氣機理的研究結果。給出數值模擬理論基礎，給出三的基本控制方程，介紹了數值模擬方法、離散方法和混合物模型的特點以及的使用條件、邊界

2、條件類型和網格劃分方法。
　　2)本文應用標準k～ε模型進行數值模擬，采用水氣兩相流混合物模型（Mixture模型）模擬摻氣水流，采用四邊形非結構網格對模型進行網格劃分。壁面采用無滑移壁面邊界條件，進口邊界分別設水進口和空氣進口，壓力速度耦合采用PISO離散方法。
　　3)定義了水氣界面，對水平階梯和斜面階梯流態(tài)進行了模擬，得出水平階梯時，當hc/d=0.29時，為跌落水流;當hc/d增大至0.87時，為過渡流，隨著hc/d

3、的繼續(xù)增大，水流變?yōu)榛兴?對斜面階梯流態(tài)研究得出和水平面階梯基本相似的流態(tài)，即斜面階梯流態(tài)也出現跌落流、過渡流和滑行流三種情況，所不同的是在斜面階梯跌落流態(tài)下，沿壩面流程，依次出現貼壁水舌、跌落水舌和水氣漩渦三個階段，文中分析認為出現這種顯現的原因是階梯斜面對動能和勢能轉化影響造成的。研究發(fā)現，在滑行水流狀態(tài)下，斜面階梯傾角對水流流態(tài)影響不大。
　　4)對斜面階梯的摻氣特性進行了研究得出:沿壩面方向，階梯漩渦處水流摻氣濃度沿程

4、呈增大趨勢，階梯邊角到水流表面之間斷面的摻氣濃度則沿程變化不大，在最末一階階梯上的摻氣濃度隨著傾角的增大略有減小，從溢流壩上游至下游的流程中，摻氣水深逐漸增大;摻氣濃度隨著來流流量的增大而減小，隨斜面階梯傾角的增大而增大，同時指出，斜面傾角的無限制增大可導致氣蝕現象的發(fā)生，需進一步研究各壩坡下的最優(yōu)斜面傾角。
　　5)定義了消能率η的計算方法，對影響η的影響因素進行了理論分析，得出η和來流弗氏數F0，跌落系數FD，臨界水深hc和階