低佛氏数水跃紊流数值模拟研究

【目的】研究低佛氏数(Fr1)水跃紊流的水力特性。【方法】采用VOF方法处理闸门上、下游表面,用二维RNG型k-ε紊流数学模型,对低佛氏数(Fr1=2.0～4.5)水跃紊流进行数值模拟,研究了不同低佛氏数水跃的跃后水深、水跃长度及流速分布,分析了水跃区及其下游明渠流区压强、紊动能、耗散率和水跃消能率的特性。【结果】淹没系数大于1.2时,水跃长度均大于其他经验公式计算的水跃长度,且水跃长度增幅随佛氏数的增加而增大。水跃区断面各点时均流速最大值沿程减小;跃后明渠流区,断面各点平均流速沿程无明显变化。水跃区主流与漩滚交界处附近,特别是泄水闸门附近的紊动能及耗散率均最大。随着佛氏数的增加,理论和实际消能率均增大,且理论消能率大于考虑了跃后紊动能的实际消能率。【结论】低水头水利枢纽泄洪功率较大,应充分考虑低佛氏数水跃实际消能率低的水力特性,设计合理的消能设施以解决其消能防冲问题。

反拱水垫塘淹没冲击射流水力特性研究

【目的】系统研究高坝坝身泄洪水舌在空中的运动规律,以及下游反拱水垫塘流场内的流速分布、紊流结构及底板压强分布。【方法】以溪洛渡水电站工程为例,建立高拱坝及其下游水垫塘物理和数学模型,对工况1(坝身7表孔单独泄洪)和工况2(7表孔与8深孔联合泄洪)条件下反拱水垫塘内形成的淹没冲击射流的水力特性进行研究。【结果】工况1条件下,7表孔单独泄洪时的泄洪水舌不发生碰撞而分别交错射入水垫塘;工况2条件下,7表孔与8深孔联合泄洪时的泄洪水舌在空中发生碰撞后均匀落入水垫塘。2种工况下,反拱水垫塘内形成具有横向和纵向漩涡的淹没冲击射流为复杂的三维流动,塘内临底流速大小相当,最大时均临底流速约为24m/s;水垫塘底板压强在冲击区存在峰值区,且工况1较工况2小,沿纵向分别约为70和90m范围,但工况1最大底板时均压强较工况2大,分别为1 670和960kPa,前者约为后者的1.74倍。【结论】高坝坝身表孔、深孔联合泄洪较表孔单独泄洪具有更大的泄洪能力,在临底流速大小相当的情况下可明显降低底板压强,具有更好的安全性能。

波浪作用下双孔射流压强特性试验研究

管道污水向海排放是一种典型的射流运动形式。在射流前行的过程中,波浪所引起的水体往复运动明显制约了射流的形成与发展,射流与波浪的相互作用的研究相对较少。利用数字压力传感器对波浪作用下双孔射流进行物理模型试验研究,分析波浪作用下双孔射流横断面压强分布及轴线衰减规律。试验结果表明:波浪条件下双孔射流横断面压强分布规律与静水条件相似,但是波浪条件下的射流压强大于静水条件下的射流压强,波周期越大,压强峰值增加越大;双孔射流的发展经历了单孔主导、双孔射流间的吸附和混掺、合并等过程;单孔主导区,射流压强分布与静水条件相似;吸附和掺混区,各孔衰减呈现出差异,第1孔与单孔射流类似,第2孔压强衰减较第1孔小,合并区双孔射流已为一股射流,其水动力特性与单孔射流类似;波浪对双孔射流的混掺合并有促进影响,随着周期的增大这种促进作用有增强的趋势,波周期的增大也使得射流合并断面提早出现。表明波周期对射流压强特性有显著影响。