逆坡式臺(tái)階溢洪道水力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文針對(duì)傳統(tǒng)臺(tái)階式溢洪道在大流量下消能率低和容易發(fā)生空蝕破壞等問題,提出了一種新的體形——逆坡式臺(tái)階溢洪道。
　　選取三種壩坡(1:1.2、1:1.5、1:1.8),四種水平臺(tái)階形式,四組流量;采用RNG k-ε模型和VOF模型相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)值模擬。分析其各種組合情況下的水面線、漩渦、流速、壓強(qiáng)、消能率。
　　當(dāng)臺(tái)階體形相同時(shí),隨流量增加,水面高度明顯增大;體形不同時(shí),隨臺(tái)階向上傾斜高度增大,水面線高度增加。但增加的量級(jí)

2、隨臺(tái)階水平面傾斜度增加而逐漸變小。計(jì)算工況下,每個(gè)臺(tái)階內(nèi)均產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針的漩渦,并隨流量增加、臺(tái)階高程降低漩渦范圍變大。當(dāng)流量相等,體形不同時(shí),漩渦在臺(tái)階鉛直面方向變化不明顯,而在水平方向,有傾角的臺(tái)階內(nèi)漩渦發(fā)展較為充分。
　　體形不同時(shí),過臺(tái)階的流速由坎頂向下游沿程逐漸增大,并隨流量增加、坡度變陡,流速增大。各臺(tái)階凸角處的流速呈拋物線分布,在距臺(tái)階凸角0.2h以內(nèi)流速變化率最大,超過該限值以后流速變化則很小。另外,對(duì)比四種不同臺(tái)

3、階體形,各流量條件下其流速斷面分布相差甚微。
　　臺(tái)階豎直面壓強(qiáng)從凹角(水平臺(tái)階面)開始減小,到(0.4~0.6)h之間、出現(xiàn)一個(gè)小值,然后隨高度增加,壓強(qiáng)緩慢增大,到0.9h時(shí)又急劇減小、出現(xiàn)最小值,在此之后壓強(qiáng)又
　　急劇增大,其壓強(qiáng)在豎直面的分布像希臘字母“ε”。坡度和流量相同時(shí),臺(tái)階的豎直面上,隨臺(tái)階向上傾斜高度增加,負(fù)壓區(qū)有所減小,且最大負(fù)壓值也有所減小正壓有所增加;臺(tái)階水平面上,壓強(qiáng)的最大值和最小值也各出現(xiàn)2次,

4、從臺(tái)階凹角開始,壓強(qiáng)由大減小,后增大,再減小,像水平放置的字母“s”,一般在靠近臺(tái)階凸角一側(cè),壓強(qiáng)出現(xiàn)最大值和最小值,但都是正壓;臺(tái)階約0.3倍長(zhǎng)度處壓強(qiáng)出現(xiàn)一個(gè)最小值且當(dāng)流量較小時(shí)還出現(xiàn)不大的負(fù)壓,臺(tái)階向上傾斜高度越高壓強(qiáng)越大,最小壓強(qiáng)也有所提高。
　　臺(tái)階內(nèi)紊動(dòng)大于臺(tái)階外的紊動(dòng)。臺(tái)階下游的紊動(dòng)大于臺(tái)階上游的紊動(dòng)、隨溢洪道坡度變陡,水流紊動(dòng)增強(qiáng),臺(tái)階與消力池連接的區(qū)域內(nèi)紊動(dòng)較臺(tái)階段劇烈,但臺(tái)階傾斜對(duì)其紊動(dòng)影響不大。臺(tái)階內(nèi)的耗散也