基于數(shù)值模擬的齒墩式內(nèi)消能工體型優(yōu)化分析.pdf

1、齒墩式內(nèi)消能工作為近幾年新提出的一種內(nèi)消能工，與傳統(tǒng)的內(nèi)消能工相比，其保證較大過流能力的同時消能率也得到了一定的保證，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膬?nèi)消能工，因此開展對這種內(nèi)消能工的研究意義重大。前期已通過物理模型試驗對這種內(nèi)消能工進(jìn)行了水力特性分析，研究了齒墩數(shù)目以及面積收縮比對其消能特性、壓強(qiáng)特性及流速特性的影響，本文在前期工作的基礎(chǔ)上，采用紊流數(shù)值模擬計算軟件Fluent對其進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了不同齒墩高度以及不同過流面積的情況下齒墩式內(nèi)消

2、能工的壓力、流速分布、紊動能及其耗散率、水頭損失及消能率的變化規(guī)律。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1．不同體型齒墩式內(nèi)消能工時均壓強(qiáng)在管道中的沿程變化規(guī)律類似，總體規(guī)律都是在齒墩段上游保持穩(wěn)定，在布置齒墩的部位急劇減小，而后又逐漸增大，直至恢復(fù)穩(wěn)定。
　　2．各體型齒墩式內(nèi)消能工的斷面流速矢量變化規(guī)律基本相同，距離齒墩段上下游較遠(yuǎn)的管道中流速基本上呈矩形均勻分布，在齒墩段附近，貼近管壁處的流速相對比較小，管道中心軸位置

3、及其上下0.3D的范圍內(nèi)流速最大且基本保持同一流速值。隨著面積收縮比的減小，反向流動增強(qiáng)，流速恢復(fù)長度增大；面積收縮比保持不變，隨著齒墩高度的增加，齒墩段后反向流速的范圍基本保持不變，流速恢復(fù)區(qū)長度隨齒墩高度的變化不明顯，保持在1.3D左右，流速矢量分布受齒墩高度的影響不大。
　　3．各體型齒墩式內(nèi)消能工的紊動動能和紊動能耗散率分布規(guī)律大體相同，最大值均出現(xiàn)在齒墩段進(jìn)口位置附近，紊動也最為強(qiáng)烈，流經(jīng)齒墩段后，隨著管段長度的增加，紊

4、動能和紊動能耗散率繼續(xù)衰減，最后恢復(fù)穩(wěn)定。隨著面積收縮比的減小，其紊動能和紊動能耗散率也相應(yīng)增大；面積收縮比一定，隨著齒墩高度的增大紊動程度有略微變化，但波動幅度不大。
　　4．通過試驗?zāi)M得出管道中的水頭損失主要是由于突縮突擴(kuò)引起的局部水頭損失，當(dāng)齒墩式內(nèi)消能工體型確定時，不同流量下的水頭損失線近似水平，水頭損失系數(shù)相差不大，水頭損失基本不隨流量的變化而變化。隨著面積收縮比逐漸減小，局部水頭損失系數(shù)逐漸增加，消能效果也明顯增加。