基于大涡模拟的嵌槽式消力池内水力特性研究

传统平底式消力池可能造成临底流速和脉动压强偏大等问题,而嵌槽式消力池可有效降低临底水力学指标。为深入研究嵌槽式消力池内水力特性,基于FLOW-3D软件,采用大涡模拟湍流的方法对平底式消力池和嵌槽式消力池进行三维数值模拟,对比了池内流态、时均压强、脉动压强及频域能量特性。研究结果表明:数值模拟与模型试验结果吻合良好,相比于平底式消力池,嵌槽式消力池可以有效改善消力池流态,降低临底流速,显著降低底板处的脉动压强均方根,从而降低消力池底板破坏的可能性。

竖井旋流段流速及压强分布特性

为了揭示竖井旋流泄洪洞旋流段流速及压强特性,基于Fluent软件,采用RNG k-ε湍流模型和VOF法,对某一竖井旋流泄洪洞进行了数值模拟,并将部分试验结果与模拟结果进行对比。根据模拟结果分析得出:旋流段壁面压强上大下小,空腔压强下大上小。近壁轴向流速沿程增大,在竖井段增率减小,而径向流速极小可忽略。涡室及渐变段旋流总流速在气水界面最大,沿径向平缓减小,随水层变薄其分布渐趋均匀。空腔气体运动无序,气水界面区域流速梯度最大。断面上旋流切向流速分布为组合涡分布,尤其在涡室及渐变段分布特征明显。

阻塞型竖井旋流泄洪洞水力特性研究

为了解决竖井旋流泄洪洞下部出现高速低压而导致的空化空蚀风险,提出在竖井中部设置垂直阻塞的布置形式.主要通过数值模拟的方法,对设置不同收缩度的阻塞竖井旋流泄洪洞的流态、压强、三维流速、空化与消能特性等进行了系统研究.研究结果表明:收缩度不宜过大或过小,过大则泄流能力不足,过小则流场变化不明显.一定收缩度的阻塞有利于减小空径比,增大旋流角,进而增大壁面压强,同时阻塞的存在使得上部旋流合流速与轴向流速减小,这一增压减速效果显著增大了空化数,大大降低发生空化空蚀的风险.另一方面阻塞的设置有效降低了井底水跃与水垫的紊动程度,底板压强值降低,且压强分布更加均匀.虽井底区域消能率有所下降,但旋流区消能率的大幅增加能与之弥补.研究成果充分揭示了阻塞竖井旋流泄洪洞的流场特征,可为其进一步研究应用提供参考.