突跌突扩掺气坎水力特性的三维数值模拟.pdf

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1、第33卷第7期人民黄河VO1．33．NO．72011年7月YELL0WRIVERJu1．2011【水利水电工程】突跌突扩掺气坎水力特性的三维数值模拟兰观福，杨具瑞，田振华，罗晶，李立年(1．昆明理工大学电力工程学院，云南昆明650051；2．黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨150080；3．中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明650051)摘要：采取VOF方法和RNG紊流模型对某工程泄洪底孔突跌突扩掺气坎的三维水流进行数值模拟研究，得到了水面线、流速、压力沿程分布、水流空化数和掺气空腔特性等水力学要素，并将部

2、分计算结果与模型试验结果进行了对比，两者符合较好，表明采用数值模拟的方法来研究泄洪底孔突跌突扩掺气坎的复杂流场是可行的，但数值模拟方法还不能有效地预测掺气空腔的回水特性。关键词：VOF方法；RNG紊流模型；数值模拟；突跌突扩；掺气坎中图分类号：TV135．2文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2011．07．043ThreeDimensionalNumericalSimulationofHydraulicCharacteristicsofAeratorwjthSuddenLateral

3、EnlargementandBottomDropLANGuan—fu，YANGJu—rui，TIANZhen—hua，LUOJing，LILi—nian(1．KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650051，China；2．HeilongjiangInstituteHydraulicResearch，Harbin150080，China；3．KunmingHydropowerlnvestigation，DesignandResearchInstitute，CHEC

4、C，Kunming650051，China)Abstract：TheVOFmethodandtheRNGturbulencemodelwereappliedtonumericallysimulatethe3Dflowofaeratorwithsuddenlateralenlarge-mentandbottomdropatthebottomofspillwayforstoneprojectoutlets．Thehydraulicpropertiessuchasthewater-surfaceprofile，velocity

5、，pres—surealongtheflowdirection，flowcavitationnumberandcharacteristicsoftheaeratedcavitywerecomputed．Theresultsareingoodagreementwithmodeltest．ThesuccessfulsimulationshowsthatbycombiningtheRNGturbulencemodelwithVOFmethodtostudytheaeratorwithsuddenlateralenlargeme

6、ntandbottomdropofthecomplexflowfieldisfeasible．However，thenumericalsimulationistemporarilyunabletoeffectivelypredictthebackwaterfeatureintheaeratedcavity．Keywords：VOFmethod；RNGturbulencemodel；numericalsimulation；suddenlateralenlargementandbottomdrop；aerator目前掺气坎体

7、形种类众多，突跌突扩式掺气坎不仅能满足掺气减蚀的要求，而且适用于偏心铰弧形闸门止水或液压密封1物理模型框止水，在高坝泄洪洞或泄洪深孔中的使用日益增多。当侧根据重力相似准则和水流连续相似条件进行试验体形设向突扩所形成的侧空腔与底空腔贯通后，侧空腔也形成了一个计，物理模型为正态单体模型，几何比尺为i：40，流量比尺为重要的输气通道，侧扩的高速水流将冲击侧墙，若处理不当会10119．3，流速比尺为6．325，压强比尺为4O，糙率比尺为诱发侧墙空蚀破坏。。中国三峡水电站曾对泄洪深孔突扩突1．849，时间比尺为6．325。模型采用

8、有机玻璃制作，以便观察跌体形方案进行_r重点研究，其侧墙有低压区，掺气浓度较低，水流流态。存在空蚀隐患问题，考虑到三峡大坝泄洪流量大、泄洪深孔数某工程左泄洪冲沙底孔采用两孔对称布置，后接有压段、量多，采取常规止水方法叮满足要求，最终放弃了突扩突跌方明槽段、挑流鼻坎至出口。孔口尺寸为5i3×9m(宽×高)，弧案。因此，