超高水头竖井旋流泄洪洞不同湍流模型数值模拟

基于VOF法,分别选取标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型和Realizable k-ε紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞的水力特性进行数值模拟,并将紊流模型计算结果与模型实验数据进行了对比分析。结果表明:3种紊流模型模拟计算所得的空腔直径、竖井壁面压强、旋流角等参数变化趋势与模型试验测试结果基本相同,但量值有所差别。相比较而言,Realizable k-ε紊流模型计算所得旋转水流的空腔直径、压坡底板与部分竖井壁面压强、旋流角在量值上更接近试验测量值。因此,Realizable k-ε紊流模型能够更好地模拟这种具有超高水头、大泄量、强旋转并带有自由液面旋转水流的水力特性。     

高差动坎在拱坝泄洪表孔中的应用研究

针对中小型拱坝表孔大流量泄洪时存在的向心集中问题,结合某工程泄洪表孔消能工,采用数值模拟与模型试验相结合的方法对其不同体型的方案进行了对比分析。结果表明,表孔大流量泄洪时,设置高差动坎体型与窄缝式及低差动式挑坎相比,水舌纵向拉开更加明显,并伴有一定的横向扩散,水舌落点分布均匀,对河床形成的冲击压力较小且分散,消能效果较为显著。此外,其空蚀破坏可能性也不大,可见高差动坎体型总体安全、合理。     

超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞消能机理数值模拟研究

鉴于传统模型试验对竖井内旋转水流的流速测量难度较大,采用Realizableκ-ε双方程紊流模型,并结合VOF法,对某一超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,对比分析了水流流态、空腔直径、井壁压强及旋流角等水力要素的模型试验和数值模拟结果,在此基础上,计算了不同断面的能量大小,获得了竖井旋流泄洪洞各部位的消能形式及消能率分布。结果表明,竖井起始部位主要消去旋转水流的切向动能,占总能量损失的6.19%;中间部位主要消去旋转水流的位能,占总能量损失的21.18%;下半部位利用环状水跃及水垫池消去旋转水流大部分的剩余能量,占总能量损失的58.69%。     

竖井旋流泄洪洞不同衔接段体型对竖井底板压强的影响

结合某超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞的水工模型试验,对竖井与导流洞衔接段体型进行优化研究,重点比较了不同衔接段体型竖井底板的脉动压强。试验表明,当压坡出口面积增大时,水流紊动程度增加,竖井底板所受的最大脉动压强增大,且竖井底板出现最大脉动压强的工况也发生改变;通过分析压坡口面积与竖井底板所受最大脉动压强值之间的关系,引入了单位水体能量消耗量的概念,竖井水垫区单位水体需要消耗的能量越多,竖井底板所受的最大脉动压强就越大;加深消力井深度、沿长压坡长度及改变压坡孔口数量,均不能降低竖井底板所受的最大脉动压强。     

超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞的数值模拟研究

为了克服传统模型试验对竖井旋流泄洪洞复杂水力特性测试的局限性,本文基于VOF法采用Realizable k-ε双方程紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,得到了水流流态、空腔直径、压强及旋流角等水力要素的分布规律,由模拟结果分析得出:竖井内旋转水流的水层厚度分布不均,主流水体,水层较厚,非主流水体,水层相对较薄。旋转水流切向流速的衰减梯度从上到下逐渐降低;在竖井前半段,轴向流速随竖井高度的降低增加较快,竖井中下段,主流水体的轴向流速增加明显,而非主流水体增加缓慢。利用试验测试数据对计算结果进行对比验证,结果表明计算值与实测值吻合良好,说明数值模拟方法可行。