趾墩悬栅联合消能紊动及荷载特性数值模拟

发布时间：2021-09-29 00:39

　　基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体体积函数法（Volume of Fluid,VOF）追踪非线性自由界面,对比趾墩悬栅联合消能与单一悬栅消能2种方式的水力特性差异,模拟水跃过程产生的大尺度紊动及水汽两相的强烈掺混作用。获得消力池内精细流场结构及边壁所受压力变化,以此对紊动特性及压力分布规律进行研究。结果表明:趾墩悬栅联合消能结构显著增加了渥奇段内水体紊动强度与规模,其中0.4<h^*<0.8（h^*为相对水深）范围内紊动强度相较单一悬栅显著增加,沿程衰减显著;消力池底板动水压力呈现明显波动,其平均动水压力相比单一悬栅略有降低;压力脉动峰值位于0.3<x_p<0.4（x_p为沿程相对位置）,其动压力系数为消力池底板最大动水压力系数的2.0～2.4倍。研究成果可为消能机理的研究提供可靠依据。 

【文章来源】：长江科学院院报. 2020,37(01)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

动水压力对比

水流在下泄过程中发生剧烈紊动,并通过脉动和相互剪切实现能量传递与耗散。随脉动流速u′ i增大,相互剪切效果更为明显,加速了水体能量传递与耗散。在流场内,紊动能ki=0.5(u′ i)2。即局部区域流速脉动大小可由紊动能ki表征。研究表明,随着ki增大,水流脉动能量耗散加剧[4,22]。图6为消力池内水流紊动能分布规律。从图6可以看出,淹没水跃迫使高速水流在渥奇段内相互剪切并剧烈混掺,局部形成大量紊流涡旋,瞬时流速变化剧烈。脉动流速u′ i增大的同时,使局部紊动能k相对提高,故主流剪切区域附近水流高度紊动,存在明显的能量耗散;消力池尾段,过栅水流在其后部形成尾流涡旋,流速大小及矢量不断变化,相较悬栅布置区域水体紊动加剧。

消力池内水流最大紊动强度沿程变化


本文编号：3412856