基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型,采用流體體積函數(shù)法（Volume of Fluid,VOF）追蹤非線性自由界面,對比趾墩懸柵聯(lián)合消能與單一懸柵消能2種方式的水力特性差異,模擬水躍過程產(chǎn)生的大尺度紊動及水汽兩相的強烈摻混作用。獲得消力池內(nèi)精細(xì)流場結(jié)構(gòu)及邊壁所受壓力變化,以此對紊動特性及壓力分布規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明:趾墩懸柵聯(lián)合消能結(jié)構(gòu)顯著增加了渥奇段內(nèi)水體紊動強度與規(guī)模,其中0.4<h^*<0.8（h^*為相對水深）范圍內(nèi)紊動強度相較單一懸柵顯著增加,沿程衰減顯著;消力池底板動水壓力呈現(xiàn)明顯波動,其平均動水壓力相比單一懸柵略有降低;壓力脈動峰值位于0.3<x_p<0.4（x_p為沿程相對位置）,其動壓力系數(shù)為消力池底板最大動水壓力系數(shù)的2.0～2.4倍。研究成果可為消能機理的研究提供可靠依據(jù)。 

【文章來源】：長江科學(xué)院院報. 2020,37(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

動水壓力對比

水流在下泄過程中發(fā)生劇烈紊動,并通過脈動和相互剪切實現(xiàn)能量傳遞與耗散。隨脈動流速u′ i增大,相互剪切效果更為明顯,加速了水體能量傳遞與耗散。在流場內(nèi),紊動能ki=0.5(u′ i)2。即局部區(qū)域流速脈動大小可由紊動能ki表征。研究表明,隨著ki增大,水流脈動能量耗散加劇[4,22]。圖6為消力池內(nèi)水流紊動能分布規(guī)律。從圖6可以看出,淹沒水躍迫使高速水流在渥奇段內(nèi)相互剪切并劇烈混摻,局部形成大量紊流渦旋,瞬時流速變化劇烈。脈動流速u′ i增大的同時,使局部紊動能k相對提高,故主流剪切區(qū)域附近水流高度紊動,存在明顯的能量耗散;消力池尾段,過柵水流在其后部形成尾流渦旋,流速大小及矢量不斷變化,相較懸柵布置區(qū)域水體紊動加劇。

消力池內(nèi)水流最大紊動強度沿程變化


本文編號：3412856