带尾坎的阶梯溢洪道数值模拟研究

发布时间：2025-04-01 06:04

　　 带尾坎的阶梯溢洪道是一种新兴的阶梯溢洪道,在一定条件下可提高掺气效果和消能率,但是对于该种溢洪道内水流三维结构、压强分布以及尾坎参数对相关水力学指标的影响的研究甚少。为此,采用三维紊流数值模拟的方法计算了不同尾坎高度的阶梯溢洪道内水流流态、压强分布、流场结构、旋涡结构、消能效果等。研究结果表明:增加尾坎高度会抬升水面高程,但对水面形态影响较小;台阶水平面上压强分布呈"凹"形曲线,最小值出现在台阶中部,台阶竖直面压强最小值出现在其顶部,且台阶水平面、竖直面上压强均随尾坎高度增大而增大;旋涡强度和尺度随着尾坎高度增大而增大,但是主流流速分布无明显变化;消能率随尾坎高度增大呈上升趋势,但是变幅较小。

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图1 溢洪道整体布置示意

本文研究的溢洪道模型源自Felder等[13]的试验,该模型包括上游库区、宽顶堰、阶梯段、出水渠等,其布置如图1所示。图中:宽顶堰宽W=0.52m,长L=1.01m,上游进口为半径r=0.08m的圆角;溢洪道阶梯段坡度为26.6°,包括10个尺寸相同的台阶,每个台阶长l=0....

图2 计算模型及边界设置

本文模拟的区域包括上游库区、宽顶堰、溢洪道、出水渠,计算模型及边界设置见图2。采用结构化网格对整个计算区域进行网格剖分,网格最大尺寸为0.014m,最小尺寸为0.008m,网格总数约51万个。进口区域的边界条件为速度入口,速度通过v=q/A计算,本文所有数值计算中流量q均为0....

图3 计算流速与试验流速对比

为确保数值计算的可靠性,本文将模拟结果与Felder等[13]的模型试验数据进行了对比,图3为典型台阶(8号、9号台阶)尾坎上流速分布,其中Vc为宽顶堰上临界流速,y为从尾坎边缘起算垂直于虚拟底部的水深,ymax为最大水深。可以看出,计算结果与试验结果吻合度较高,偏差较小。除了水....

图4 水面线

水面线是溢洪道边墙高度设计的重要参考依据,为此根据数值模拟结果绘制出了不同体型的水面线,如图4所示。可以看出,与传统的阶梯溢洪道类似,在滑移水流流态下,水面与台阶角形成的虚拟底部平行;此外,不论在边墙所在平面还是中轴面上,溢洪道内水流在上游区域水面平稳,不同体型溢洪道的水面线几乎....

本文编号：4039033