切角形臺階溢洪道水力特性的三維數(shù)值模擬——以魚背山水庫為例.pdf

1、本文以重慶魚背山水庫岸邊臺階式溢洪道工程為研究對象，對原溢洪道臺階凸角分別作30°、45°和60°切角處理，在三種不同流量工況下，建立了四種不同體形（方角和切角）的臺階式溢洪道三維模型。應(yīng)用GAMBIT軟件進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，及FLUENT軟件進(jìn)行三維數(shù)值模擬計算，最后利用TECPLOT等軟件進(jìn)行后處理和分析對比。得到了4種體形在水面線、速度場、壓強場、紊動能和紊動耗散率以及消能率等計算結(jié)果，并對4種體形的計算結(jié)果進(jìn)行了對比，分析了它們之間

2、的差異及優(yōu)劣，對臺階溢洪道未來關(guān)于切角方面的研究提供了一定的參考價值。其具體研究結(jié)論如下：
　　1.臺階式溢洪道切去凸角之后對臺階段的流態(tài)、水面線有一定影響，但對溢洪道上游的緩坡段和下游消力池段水流的水面線基本無明顯影響。水面線隨著流量的增加，溢洪道上游的緩坡段、臺階段和下游消力池段的自由水面線都相應(yīng)抬高。
　　2.傳統(tǒng)臺階溢洪道中臺階內(nèi)的漩渦范圍比切角形臺階溢洪道的漩渦要大，臺階豎直面上的切角越大，臺階在水平和豎直方向的漩

3、渦就越大。臺階內(nèi)漩渦的旋轉(zhuǎn)速度隨流量Q的增加有所增大，漩渦外滑行水流的速度也隨著流量Q的增大逐漸變大。
　　3.四種體形在臺階的水平面上都呈現(xiàn)正壓，最大正壓出現(xiàn)在水舌沖擊點區(qū)域，但壓強沿臺階水平面分布不均，等壓線以臺階水平面出現(xiàn)最大值為中心向周圍擴(kuò)散而減弱。而在臺階豎直面上，原體形中負(fù)壓出現(xiàn)的區(qū)域約占豎直臺階的1/3高度，其他三種體形由于凸角部分被切除，負(fù)壓基本上都集中出現(xiàn)在斜切面上，而豎直面除靠近切角外都是正壓。
　　4.

4、隨單寬流量的增大，消能率減小。原體形的消能率大于切角后體形的消能率，隨著切角度數(shù)的增大，消能率稍有減小的趨勢。
　　5.對于臺階式溢洪道采用的擴(kuò)散形式，切除凸角的臺階體形在臺階豎直和水平面上的漩渦比傳統(tǒng)臺階小，漩渦外滑行水流的速度大小變化規(guī)律都是對稱面處流速最大，1/2寬處次之，邊墻處流速最小。傳統(tǒng)臺階體形在臺階豎直面上的負(fù)壓區(qū)域大小為對稱面處最大，邊墻處最小，切除凸角的臺階體形在切角處的負(fù)壓區(qū)域大小為對稱面處最大，邊墻處最小，最