台阶形式对阶梯溢洪道水力学特性的影响研究

作者：贾洪涛

来源：中国农村水利水电, 2019, (10): 148-157.

• 阶梯溢洪道
• 溢洪道数值模拟
• 流场结构
• 掺气特性
• 消能效果

大单宽流量下,阶梯溢洪道存在消能率较低、空化空蚀等问题。尽管前人对台阶尺寸、布置方式进行了相关研究,但鲜有涉及台阶形式本身。基于此,结合mixture方法,采用Realizable k-ε模型对几种新型阶梯溢洪道进行了数值模拟研究,对比分析了其流场特性、旋涡结构、掺气浓度、压强分布等。结果表明:设置尾坎不仅可降低主流流速,也能增加台阶上旋涡尺度和范围;各体形掺气浓度均呈"S"形分布,但是设置尾坎和调整台阶面均不能改善掺气效果,常规阶梯体形平均掺气浓度最高;坎式阶梯溢洪道台阶面上压强呈"凹"形分布,当台阶面上无尾坎时,台阶水平面上压强呈"S"形分布;设置尾坎和上翘台阶面均能增加台阶竖直面压强,但台阶面向下倾斜将使得负压区范围增加;设置尾坎和上翘台阶面均能增加紊动能耗散率,向下倾斜台阶面则相反;此外,坎式阶梯体形消能率比常规体形高约10%,上翘台阶面提高约6%,但向下倾斜台阶面使得消能率降低约10%。

• 单位
  黄河水利职业技术学院