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洞塞式和直弯式消能工水力特性的数值和试验研究

董建伟  
【摘要】: 本文对泄洪洞的应用和发展进行了回顾,对紊流数学模型进行了总结。结合实体试验,利用k-ε模型对当今尚处于起步阶段的新型消能方式—洞塞消能工和直弯消能工进行了数值模拟研究,主要内容和研究成果如下: 1 洞塞消能作为一种突缩突扩式的内流消能工,具有流态稳定、结构简单、水流参数易于控制及防空化性能等优点,是一种很有发展潜力的消能方式。本文对洞塞式消能工采用轴对称的k-ε模型进行了数值模拟,数值模拟结果详细地描述了时均流参数和紊动参数的全场分布,计算所得的壁面时均压力结果与实验结果相吻合,获得了实体试验难以获得的流动特征。可供这种消能工的进一步研究和应用提供参考,特别是可用于检验压力最低点的大小。 2 为深入研究直弯式消能工的水力特性,本文进行了方管的直角拐弯的试验研究,采用二维激光流速仪测得了详细的流场,并测量了壁面压力分布情况。试验捕捉到了直弯后的回流漩涡。在试验条件下,该漩涡的大小在垂向上约占洞高的20%左右。回流漩涡的存在,以及直弯处流线的急剧弯曲,导致壁面压力分布在上表面距弯点一定距离后出现压力最小值,下表面上,在竖井中心线略偏下游的位置出现压力最大值,竖井内表面接近弯点处出现压力沿程降低的现象,竖井外表面压力在进入直弯后先是沿程略有降低,在直弯角落处又明显升高。 4 利用非恒定k-ε模型对直弯式消能工的紊流场进行了模拟,并与试验结果进行了比较,结果清晰地显示出水流流动过程,获得流场的变化情况,计算 所得的壁面压力分布与试验结果定性一致。


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