双拱型溢流堰泄流能力及溢流形态研究

发布时间：2021-06-30 22:55

　　双拱型溢流堰是山区河流治理中采用的景观与防洪功能的复合堰。这种溢流堰在枯水季节通过顶拱和底拱形成两级瀑布景观;而在洪水季节,双拱型溢流堰具有较长的溢流宽度,可以更好地满足泄洪要求。为了研究双拱型溢流堰的水力特性,通过现场调研,采用RNG k-ε湍流模型和VOF模型对双拱型溢流堰的三维流动进行计算,模拟了双拱型溢流堰的沿程水面线,获得了水位流量关系曲线。结果表明:双拱型溢流堰水流形态主要影响因素为堰顶水头和堰拱组合形式。 

【文章来源】：水力发电. 2020,46(12)北大核心

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【部分图文】：

图1 双拱型溢流堰模型

顶拱数量n=3、顶拱半径R1=1 m的双拱型溢流堰在不同堰顶水头工况下的沿程水面线如图2所示。从图2可以看出，双拱型溢流堰过堰水面线平滑，在水位较低时形成两级瀑布景观，水位较高时过堰水流顺畅。双拱型溢流堰单宽流量与薄壁堰单宽流量随堰上水头变化关系曲线如图3所示。从图3可以看出，在相同的堰顶水头下，双拱型溢流堰的单宽流量较薄壁堰大，最大可达到薄壁堰的4倍左右。但随着堰顶水头的增加，双拱型溢流堰与薄壁堰的单宽流量差距变小;结合水面线特征分析，水位较高时双拱型溢流堰下游会出现壅水现象，出流方式逐渐演变为淹没出流，对双拱型溢流堰的泄流能力产生影响。2.2 低水位堰流形态分析

为了分析双拱型溢流堰的流态，顺水流方向截取特征断面，包括顶拱中心截面X=5.0 m、X=2.4m，顶拱拱端截面X=4.0 m、X=3.4 m、X=1.4m，顶拱衔接段中心截面X=3.7 m、X=0.7 m。低水位工况下双拱型溢流堰不同特征截面的沿程水面线如图4所示。从图4可以看出，此时双拱型溢流堰上游来流平顺，水面线较为平稳，堰前水深有明显的壅高，说明水位较低时顶拱形成了良好的挡水作用。双拱型溢流堰不同特征截面的速度云图见图5。从图5可以看出，低水位工况下双拱型溢流堰的流速受顶拱影响。在水位较低时，由于双拱型溢流堰顶拱和底拱的特殊形态，过堰水流形成两级瀑布景观，可以满足非汛期的河流景观[17]需求。图4 低水位工况双拱型溢流堰沿程水面线


本文编号：3258650