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管道内部锥阀水流水力特性及消能研究

李超  
【摘要】: 本文以马来西亚巴贡水电站放水孔作为研究背景,分别采用了二维和三维的RNGK-ε紊流数学模型,对放水孔内部固定锥阀、消能罩及部分下游管道内的流场进行数值模拟,在求解离散方程的时候采用的是比较成熟的PISO算法,对于自由表面的处理采用两相流中的VOF法。 在二维数值模拟的下给出了水流流经锥阀,在消能罩内部旋滚消能,最终从消能罩射流到下游管道的全部过程,给出了锥阀、消能罩和下游管道中流速矢量和压力分布,并且根据水气体积分数比对锥阀的体形进行了一定的优化。 三维数值模拟研究给出了四种不同水位下,锥阀全开情况时内部水流的流态分布,主要给出了在高水头作用下锥阀及管道内部的垂向和纵向压力分布,水流和空气的体积分数图以及内部的流速矢量图。通过对压力分布图的分析,确定出锥阀内部压力的变化规律和下游管道内部的变化规律;通过对水气体积分数比图中的分析,我们确定出自由水面的位置,以及水流在管道中的变化规律;分析和计算了整体计算区域的流速大小及分布,在计算流速的基础上对锥阀的消能率进行了研究和计算,并将模型计算值和试验实测值进行比较,二者吻合较好,说明计算结果可靠,从而说明了锥阀联合消能罩消能工,其过流能力强,下游水流流态比较平稳,消能效率高。研究成果为泄水建筑物的设计和工程应用提供了参考,具有重要的现实意义。


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