斜面階梯數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文以Chinnarasri試驗(yàn)數(shù)據(jù)為背景，通過數(shù)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?jī)?nèi)容有:
　　1)首先介紹了本文問題的研究背景，總結(jié)了階梯消能工應(yīng)用的歷史背景、研究動(dòng)態(tài)，列出近年來出現(xiàn)的幾種新型階梯消能工形式，重點(diǎn)總結(jié)了階梯消能工水流流態(tài)的分類、定義方法，總結(jié)摻氣點(diǎn)位置的研究現(xiàn)狀和摻氣機(jī)理的研究結(jié)果。給出數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)，給出三的基本控制方程，介紹了數(shù)值模擬方法、離散方法和混合物模型的特點(diǎn)以及的使用條件、邊界

2、條件類型和網(wǎng)格劃分方法。
　　2)本文應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)k～ε模型進(jìn)行數(shù)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(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。壁面采用無滑移壁面邊界條件，進(jìn)口邊界分別設(shè)水進(jìn)口和空氣進(jìn)口，壓力速度耦合采用PISO離散方法。
　　3)定義了水氣界面，對(duì)水平階梯和斜面階梯流態(tài)進(jìn)行了模擬，得出水平階梯時(shí)，當(dāng)hc/d=0.29時(shí)，為跌落水流;當(dāng)hc/d增大至0.87時(shí)，為過渡流，隨著hc/d

3、的繼續(xù)增大，水流變?yōu)榛兴?對(duì)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(xiàn)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(xiàn)貼壁水舌、跌落水舌和水氣漩渦三個(gè)階段，文中分析認(rèn)為出現(xiàn)這種顯現(xiàn)的原因是階梯斜面對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化影響造成的。研究發(fā)現(xiàn)，在滑行水流狀態(tài)下，斜面階梯傾角對(duì)水流流態(tài)影響不大。
　　4)對(duì)斜面階梯的摻氣特性進(jìn)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(shì)，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(shí)指出，斜面傾角的無限制增大可導(dǎo)致氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，需進(jìn)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(jì)算方法，對(duì)影響η的影響因素進(jìn)行了理論分析，得出η和來流弗氏數(shù)F0，跌落系數(shù)FD，臨界水深hc和階