洞内曲线阶梯连接段水流流场特性数值模拟

为研究洞内曲线阶梯连接段水流的流场特性,采用水气两相流Mixture模型,结合Realizableκ-ε紊流模型计算分析了连接段流态和流场分布规律。结果表明,阶梯连接段计算水面线和消能率与试验结果吻合;连接段进口由于突扩了1.0m,局部出现水翅现象,水翅高度和范围较小;阶梯连接段滑行水流分为阶梯漩涡区和平行虚拟底板主流区二部分,斜面阶梯与水平阶梯上的漩涡位置不同,漩涡区水流存在横向流动,流速较小,可见该方法能很好地模拟曲线阶梯连接段的流场特性,为同类水工体型流场特性研究提供了参考。

洞内曲线阶梯连接段水流压强特性数值计算

该文采用水气两相流Mixture模型,结合Realizable k-紊流模型对曲线阶梯连接段水流进行了三维紊流数值计算,得到了阶梯底板及边墙的压强分布规律。计算结果表明,曲线阶梯底板水平面压强沿步长方向呈倒"S"曲线分布,底板竖直面呈"C"字型分布,计算值和试验值变化规律和数值吻合。在斜面阶梯段,底板压强在横向上分布均匀;在水平阶梯段,底板压强在横向上分布不均匀,每个水平阶梯0.8倍步长处横向上存在两个高压中心。在阶梯凹角处存在负压,第二个水平阶梯(16#阶梯)负压值最大。每个阶梯边墙上存在一个高压中心和一个低压中心,高压中心在0.8倍阶梯步长底板处,低压中心在阶梯凹角的漩涡中心位置。由于进口流速大,阶梯前设置突扩突跌掺气设施,阶梯布置不同,该阶梯消能工的压强特性存在三维特性。