某階梯溢洪道的水流水力特性數值模擬研究.pdf

1、為了充分研究某階梯溢洪道的水流水力特性，本文在CAD中建立階梯溢洪道的計算區(qū)域，采用ANSYS ICEM CFD軟件劃分結構化網格，應用FLUENT，采用k-ε模型模擬紊流和VOF法追蹤自由水面，分別在不同工況下對階梯溢洪道進行整體三維流場數值模擬。將水面高程、底板壓強、斷面流速及消能率的計算結果與實測數據進行對比分析，兩者吻合良好。為避免臺階空蝕空化、沖刷破壞和保證消能充分，提出了臺階、消力池及消力墩的聯合消能的溢洪道。研究表明本文所

2、采用的三維數值模擬區(qū)域和計算方法能夠較準確地反映階梯溢洪道的水流流場特性，快速提供更加細膩、完整的流場信息，且能為結構的優(yōu)化設計提供可靠的依據。主要研究成果有:
　　(1)關于水流流態(tài)。階梯溢洪道上為滑行水流，臺階內的漩渦順時針旋滾。溢洪道坡度為15.9°，是緩坡。上一級臺階邊緣的尾流干擾相鄰下一級臺階水流流態(tài)，使下一級臺階內形成三維不穩(wěn)定回流，形成“尾流-臺階相干擾”型滑行水流。
　　(2)關于壓強。每個臺階上壓強分布均勻

3、且規(guī)律相同。當臺階內有水流旋滾時，水流沖擊水平段，產生最大正壓;背離臺階鉛直面，產生最大負壓。當臺階內無水流旋滾時，豎直面產生較小負壓或者不產生負壓。
　　(3)關于流速。典型斷面中垂線水深流速分布規(guī)律是在固壁面上流速為零，越接近水面流速越大，直至水面為最大。臺階凹角處存在漩渦，漩渦中心速度趨近于零，向外逐漸增大，至自由水面流速為最大值。
　　(4)關于消能率。階梯末端消能率均已達到80％以上，說明階梯消能效果顯著。但是，隨