增设收缩墩后的跌坎消力池三维流场研究
发布时间：2021-11-08 00:48
当消力池池长和池宽受到限制时,跌坎底流消能工在大单宽流量、低Fr来流条件下引起的振荡水跃对消力池具有较大的破坏力;模型试验研究发现,在跌坎消力池前采用收缩墩后的联合消能工可有效解决上述问题。选取RNGk-ε模型和流体体积函数法（Volume of Fluid,VOF）自由液面追踪法,构建有无收缩墩2种跌坎消力池并进行数值模拟,得到流场内的水力特性,并结合试验数据对有无收缩墩的2种跌坎消力池方案进行对比分析。结果表明:跌坎消力池池内紊动能不足和大尺度漩涡的不稳定性是引起振荡水跃的主要原因;设置收缩墩后水流经收缩墩横向收缩和纵向拉伸后形成收缩射流,在消力池内形成2条细长的强紊动区,形成了更多三维漩涡,漩涡尺度变小,紊动剪切加剧,破坏了不设收缩墩时的水跃旋滚,有效地消除了振荡水跃。这种消能工对工程条件限制下的低Fr数、大单宽流量底流消能具有较高的推广应用价值。
【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】：
水流流态示意图
方案2入池主流经过收缩墩横向收缩和纵向拉伸后,形成两股水舌,与底部主流形成明显的三元水流。水舌与池内水流纵向剪切、摩擦,在x=65 m处交汇后射入消力池内,入池主流最大流速34.5 m/s,约位于x=62 m断面;入池最大临底流速位于x=73 m处,大小为23.7 m/s;之后断面临底流速沿程逐渐减小,消力池末断面平均流速为4.68 m/s,且消力池中后端临底流速的减小较方案1消力池中后端临底流速的减小更为明显。底部收缩射流入池后经过跌坎形成的水垫层剪切后射入消力池池底,随收缩墩对水流的横向约束逐渐减弱,主流沿着横向扩散,与池内水流接触面积增大,剪切面也随之增大,紊动、碰撞、摩擦更加剧烈,形成了大大小小的三轴漩涡,大尺度漩涡形成较少,水跃有明显的三元特性,水面波动范围较小。在水跃旋滚区漩涡尺度较小,两侧漩涡最大流速为-7.7 m/s,中部漩涡区流速约为-6 m/s。表面回流明显,最大回流流速约为-5 m/s。由z断面流向图发现,消力池内主流偏向于右侧,主流区漩涡较少,左侧漩涡较为明显,证明池内水流不具有对称性。3.3 压 强
图5 沿消力池1-1断面x方向流速等值线表1 不同方案消力池内流速试验值与计算值Table 1 Experimental and computed values of flow velocity in stilling basin with and without contraction pier 方案 距消力池底板的距离/m 1-1断面x方向距起始点距离/m 试验值/(m·s-1) 计算值/(m·s-1) 方案 距消力池底板的距离/m 1-1断面x方向距起始点距离/m 试验值/(m·s-1) 计算值/(m·s-1) 1 0.5 40 32.8 31.54 1 12.5 40 — — 55 12.9 16.76 55 36.7 — 85 17.9 18.78 85 22.9 24.59 115 18.4 14.27 115 8.0 12.51 145 10.8 12.43 145 10.4 13.61 174 4.0 5.07 174 3.5 5.26 2 0.5 40 28.7 32.21 2 12.5 40 55 -7.0 31.36 55 -2.5 8.34 85 18.4 17.36 85 -3.5 -5.73 115 16.0 14.16 115 4.7 3.15 145 12.6 12.14 145 9.1 12.32 174 9.2 8.88 174 8.9 7.83
【参考文献】：
期刊论文
[1]突跌渐扩消力池体型优化及水力特性分析[J]. 罗永钦. 水力发电学报. 2016(02)
[2]宽尾墩跌坎消力池消能水力特性模拟研究[J]. 田艳,张根广,秦子鹏. 人民黄河. 2014(08)
[3]低Fr数宽尾墩消力池流场3维数值模拟[J]. 周喜德,殷彤,雷云华,牛志攀,张建民. 四川大学学报(工程科学版). 2010(06)
[4]宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索[J]. 梁宗祥,尹进步,刘韩生,卢红. 长江科学院院报. 2003(06)
[5]宽尾墩和窄缝挑坎—收缩式消能工的应用[J]. 龚振瀛,刘树坤,高季章. 水力发电学报. 1983(03)
本文编号：3482662
【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】：
水流流态示意图
方案2入池主流经过收缩墩横向收缩和纵向拉伸后,形成两股水舌,与底部主流形成明显的三元水流。水舌与池内水流纵向剪切、摩擦,在x=65 m处交汇后射入消力池内,入池主流最大流速34.5 m/s,约位于x=62 m断面;入池最大临底流速位于x=73 m处,大小为23.7 m/s;之后断面临底流速沿程逐渐减小,消力池末断面平均流速为4.68 m/s,且消力池中后端临底流速的减小较方案1消力池中后端临底流速的减小更为明显。底部收缩射流入池后经过跌坎形成的水垫层剪切后射入消力池池底,随收缩墩对水流的横向约束逐渐减弱,主流沿着横向扩散,与池内水流接触面积增大,剪切面也随之增大,紊动、碰撞、摩擦更加剧烈,形成了大大小小的三轴漩涡,大尺度漩涡形成较少,水跃有明显的三元特性,水面波动范围较小。在水跃旋滚区漩涡尺度较小,两侧漩涡最大流速为-7.7 m/s,中部漩涡区流速约为-6 m/s。表面回流明显,最大回流流速约为-5 m/s。由z断面流向图发现,消力池内主流偏向于右侧,主流区漩涡较少,左侧漩涡较为明显,证明池内水流不具有对称性。3.3 压 强
图5 沿消力池1-1断面x方向流速等值线表1 不同方案消力池内流速试验值与计算值Table 1 Experimental and computed values of flow velocity in stilling basin with and without contraction pier 方案 距消力池底板的距离/m 1-1断面x方向距起始点距离/m 试验值/(m·s-1) 计算值/(m·s-1) 方案 距消力池底板的距离/m 1-1断面x方向距起始点距离/m 试验值/(m·s-1) 计算值/(m·s-1) 1 0.5 40 32.8 31.54 1 12.5 40 — — 55 12.9 16.76 55 36.7 — 85 17.9 18.78 85 22.9 24.59 115 18.4 14.27 115 8.0 12.51 145 10.8 12.43 145 10.4 13.61 174 4.0 5.07 174 3.5 5.26 2 0.5 40 28.7 32.21 2 12.5 40 55 -7.0 31.36 55 -2.5 8.34 85 18.4 17.36 85 -3.5 -5.73 115 16.0 14.16 115 4.7 3.15 145 12.6 12.14 145 9.1 12.32 174 9.2 8.88 174 8.9 7.83
【参考文献】：
期刊论文
[1]突跌渐扩消力池体型优化及水力特性分析[J]. 罗永钦. 水力发电学报. 2016(02)
[2]宽尾墩跌坎消力池消能水力特性模拟研究[J]. 田艳,张根广,秦子鹏. 人民黄河. 2014(08)
[3]低Fr数宽尾墩消力池流场3维数值模拟[J]. 周喜德,殷彤,雷云华,牛志攀,张建民. 四川大学学报(工程科学版). 2010(06)
[4]宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索[J]. 梁宗祥,尹进步,刘韩生,卢红. 长江科学院院报. 2003(06)
[5]宽尾墩和窄缝挑坎—收缩式消能工的应用[J]. 龚振瀛,刘树坤,高季章. 水力发电学报. 1983(03)
本文编号：3482662
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