双层悬栅消力池的水力特性数值模拟

针对物理模型试验难以得到详细的流速、压强等水力参数数据问题,利用流体力学软件FLUENT建立RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟,得到消力池内最大水深、流态、流速以及压强等水力参数,通过数学模型计算值与物理模型试验值对比分析以及数值模拟计算值之间对比分析,结果表明:数学模型计算值与物理模型试验值吻合较好,且布置双层悬栅时,计算值与试验值误差较小;双层悬栅使水流产生漩涡的能力较强,从而使水流对护坦冲击较小,护坦处涌浪降低,对压强变化影响较大,说明双层悬栅具有更好的消波稳流作用。

消力池内双层悬栅不同布置优化试验研究

消力池内布置悬栅消能工,可以提高消力池的消能效果,消力池内布置双层悬栅较单层悬栅消能效果更优。在层距与池深比值的较优取值为0.4的基础上,通过改变双层悬栅的栅距与池深的比值和栅条数与池深的比值,在流量设计值15 000cm3/s下进行模型试验,并与流量验证值13 000cm3/s下的试验结果进行对比,得到该流量下双层悬栅栅距与池深比值的较优取值为1.2,栅条数与池深比值的较优取值为1.1,改变栅距和栅条数与池深的比值,对消力池内最大水深下降影响较大。

消力池内双层悬栅层距对消能特性影响研究

基于前期消力池内布置双层悬栅模型试验表明,改变双层悬栅层距对消能效果影响显著,为进一步研究层距改变后悬栅消能规律,给寻找双层悬栅最优布置形式提供依据,通过保持栅条数和栅距等影响因素不变,改变悬栅层距,在q0=21.43L/s和q0=18.57L/s两种单宽流量下进行试验,通过观察消力池内流态,计算下降水深及消能率,着重分析了层距改变对下降水深的影响,试验结果表明:1层距改变对消能率影响不大,对下降水深影响较大;2层距改变时,下降水深先增大后减小,当层距与池深比值m=0.4时,消力池消能效果较好,且比值较大时,下降水深相对于最大值显著减少。

消力池内布置双层悬栅的压强特性数值模拟

针对物理模型试验中双层悬栅消力池内水流波动较大、压强场难以测量的问题,利用流体力学软件FLUENT建立RNGκ-ε双方程紊流模型进行数值模拟计算,得到消力池底板的时均压强及悬栅迎水面与背水面的时均压强差。通过对比分析计算结果表明,消力池内布置双层悬栅时,消力池上游段底板、第1根悬栅及下层悬栅受水流冲击较大,在结构稳定性设计时需提高其抗压强度。

消力池内双层悬栅对消能效果影响试验研究

针对在消力池内布置双层悬栅对消能效果影响鲜有研究,通过在消力池内未布置悬栅、布置单层悬栅和布置双层悬栅进行模型试验,对比分析布置悬栅前后消力池内流态、最大水深以及消能率。结果表明:在设计流量Q为15 L/s时,布置双层悬栅后,消力池内流态更加稳定,最大水深下降更加明显,但改变悬栅布置型式和栅条数,消能率变化不大。

基于均匀正交设计的消力池内双层悬栅布置优化试验

由于在消力池内布置双层悬栅对消能效果影响少有研究,考虑到单宽流量、悬栅栅条数、栅距和层距等影响因素,采用均匀正交设计,考察4因素3水平,选择UL9(34)优化方案进行模型试验,对比了不同流量和悬栅布置型式组合下消力池内下降水深及消能率。试验结果表明:不考虑单宽流量时,消力池内布置双层悬栅,下降水深受层距、栅条数以及栅距影响较大,其中层距改变影响最大,消能率受这些影响因素影响较小;单宽流量较小时,层距和栅距均与下降水深成正比关系,单宽流量较大时,层距与下降水深成正比关系。

消力池内双层悬栅不同布置类型的压强特性研究

为探究消力池内水流对悬栅稳定性影响情况,考虑诸多因素中水流对悬栅冲击破坏影响最大,而压强是反映悬栅受水流冲刷侵蚀的主要水力参数,采用RNG k~ε双方程紊流模型对双层悬栅消力池进行了数值模拟计算。通过对比分析不同悬栅布置类型的消力池内压强分布计算结果得到:双层悬栅布置类型不同,每根悬栅所受时均压强差均不同;且采用双层悬栅消能效果较好的布置类型时,悬栅与水流相互作用充分,水流对悬栅稳定性影响较大,悬栅存在危险的可能性较大。在结构设计时应注意校核抗压强度是否满足要求。

双层悬栅消能率影响因素排序及布置形式研究

为了得到双层悬栅布置参数对消力池消能率影响显著性排序和最佳布置形式,采用设计流量15000cm^3/s和验证流量13000cm^3/s两种条件,改变层距、栅距、栅条数,分析不同布置方案下双层悬栅消能率极差,同时利用PPR技术对验证流量13000cm^3/s条件下的布置参数与消能率进行模拟。结果表明:通过计算模型试验消能率极差与建立PPR数学模型,均得到双层悬栅布置参数对消能率影响的显著性排序为层距、栅条数、栅距。对比数值模拟与模型试验结果可知,两者差别较小,说明PPR数值模型可以较好地拟合双层悬栅消能规律。当栅条数为11根、层距为5cm、栅距为12cm时,消能效果较好,为消力池内双层悬栅最佳布置形式。