收缩墩—跌坎消力池联合消能工水力特性的数值模拟

发布时间：2021-06-15 21:55

　　在水利工程中,大单宽、低弗劳德数引起的振荡水跃一直是比较难解决的问题。本文针对因客观条件限制而无法通过改变消力池几何尺寸来消除大单宽、低弗劳德数引起的振荡水跃问题,尝试在扩散段末增加收缩墩,形成收缩墩-跌坎联合消能工来解决这一难题。本文采用模型试验与数值模拟的方法,研究了该联合消力池在不同下游水位下消力池内流态及水力特性的变化,分析引起振荡的原因与避免条件及其消能机理。主要结论有:（1）依据模型试验与流场模拟结果,跌坎消力池在大单宽、低弗劳德数条件下会出现振荡水跃问题,引起振荡的原因是来流与池内水体在剪切面上形成了不稳定大尺度剪切漩涡,相对于固体边壁,由于增设跌坎,池内形成水垫层,使得该不稳定漩涡更加难以抑制,从而造成了池内水流的大幅振荡;模型试验表明,跌坎消力池在不改变其整体几何尺寸,仅靠局部体型优化或增设其它辅助消能工,消力池内振荡流态很难消除。（2）跌坎消力池在池首增加收缩墩后,改变了水流入池条件,淹没射流入池后与跌坎消力池入池水流混掺后形成横向、纵向扩散和剪切,破坏了入池水流与消力池水垫层面上的不稳定大尺度漩涡,消除了池内的振荡流态。（3）当下游水位由高到低变化时,消力池内出现... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

伊江水电站表、中孔剖面示意图

图 2-2 壁面区域各子层与相应的速度Fig.2-2 the sketch of near wall <5 时，该区域为粘性底层，该区域的速度沿壁= 。0 时，流动区域为对数律层，该区域速度沿壁面法为 = ln()1lny1 B Ey ，其中 为 Karman 常常数。 的三种模型均是高 Re 数的紊流模型，只适用区的流动，可采用壁面函数法和低 Re 数 模质是一组半经验公式，其将壁面上的物理量与紊与高 Re 数、 模型配合使用。中常用的壁面函数有标准壁面函数和非平衡壁面500 之间，网格尺度递增系数不大于 1.2 时，两种

第二章 数值模拟理论，使修正后的k 模型可以自动适应不同 Re 数的区域，这就是近壁面模壁面处理时一种近壁面模型方法，它通过增强壁面处理结合双层模型来实要求近壁面网格很密，一般要求 y+<5 和边界层内有 10~15 层网格。且当局 数小于 150 时，就该使用低 Re 数 模型，而不能在使用高 Re 数 算。壁面函数法在划分网格时不需在壁面加密，能充分节省计算资源，且计算度满足要求，因而在工程中应用较为广泛。相反，如采用近壁面模型解决低题，则要求近壁面区域的网格划分较为细密，且越贴近壁面，网格要求越精下网格划分情况如图 2-3 所示。本文研究的消力池内流动为高 Re 数流动壁面函数法进行处理。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]莲花台水电站消能防冲试验研究与数值模拟[D]. 牛坤.西北农林科技大学 2011
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本文编号：3231832