某階梯溢洪道的水流水力特性數(shù)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(jì)算區(qū)域，采用ANSYS ICEM CFD軟件劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，應(yīng)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(duì)階梯溢洪道進(jìn)行整體三維流場(chǎng)數(shù)值模擬。將水面高程、底板壓強(qiáng)、斷面流速及消能率的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，兩者吻合良好。為避免臺(tái)階空蝕空化、沖刷破壞和保證消能充分，提出了臺(tái)階、消力池及消力墩的聯(lián)合消能的溢洪道。研究表明本文所

2、采用的三維數(shù)值模擬區(qū)域和計(jì)算方法能夠較準(zhǔn)確地反映階梯溢洪道的水流流場(chǎng)特性，快速提供更加細(xì)膩、完整的流場(chǎng)信息，且能為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。主要研究成果有:
　　(1)關(guān)于水流流態(tài)。階梯溢洪道上為滑行水流，臺(tái)階內(nèi)的漩渦順時(shí)針旋滾。溢洪道坡度為15.9°，是緩坡。上一級(jí)臺(tái)階邊緣的尾流干擾相鄰下一級(jí)臺(tái)階水流流態(tài)，使下一級(jí)臺(tái)階內(nèi)形成三維不穩(wěn)定回流，形成“尾流-臺(tái)階相干擾”型滑行水流。
　　(2)關(guān)于壓強(qiáng)。每個(gè)臺(tái)階上壓強(qiáng)分布均勻

3、且規(guī)律相同。當(dāng)臺(tái)階內(nèi)有水流旋滾時(shí)，水流沖擊水平段，產(chǎn)生最大正壓;背離臺(tái)階鉛直面，產(chǎn)生最大負(fù)壓。當(dāng)臺(tái)階內(nèi)無水流旋滾時(shí)，豎直面產(chǎn)生較小負(fù)壓或者不產(chǎn)生負(fù)壓。
　　(3)關(guān)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(tái)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(guān)于消能率。階梯末端消能率均已達(dá)到80％以上，說明階梯消能效果顯著。但是，隨