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水平旋流阻塞复合式内消能工作为高坝泄水建筑物的一种,模型试验一直作为对其进行研究的主要方式,而通过计算流体力学数值模拟的研究见报较少。
本文应用计算流体力学软件FLUENT,紊流模型采用Realizableκ-ε双方程模型,并结合VOF法(捕捉水气交界面)成功的实现了水平旋流阻塞复合式内消能泄洪洞的数值模拟工作,呈现出了水平旋流阻塞复合式内消能泄洪洞内的各项水力参数的变化规律,并得到了模型试验成果的检验,丰富了水平旋流阻塞复合式内消能泄洪洞数值模拟的研究工作,为旋流式内消能工的水力设计和体型优化提供参考。
本文的主要成果有以下几个方面:
(1)分析了起旋器各区和水平旋流阻塞复合式内消能泄洪洞内的压强沿程分布及径向变化规律。压强沿程分布规律得到了模型试验成果的验证,壁面压强沿程波动减小,但幅度不大,在阻塞段突然降低;压强径向变化规律符合理论,呈凹抛物线形分布,壁面压强较大,洞轴线附近为旋流空腔,气体压强接近大气压强。
(2)得到了水平旋流阻塞复合式内消能泄洪洞内的轴向、径向以及切向速度的径向变化规律,模型试验的实测值和数值模拟的计算值进行了对比,除壁面和空腔附近的速度大小有一定的差距外,其余速度值模拟较好。
(3)对比了水平旋流阻塞复合式内消能泄洪洞的通气孔和排气孔的通风量,通气量的通气量较为相近,而排气量存在一定的差距;呈现了旋流空腔内的气体压强的沿程变化规律。
(4)对比了水流旋转角的变化规律,水流旋转角沿程均波动减小,模型试验的结果波动较大。
(5)分析了旋流空腔直径的沿程变化规律,模型试验的实测值和数值模拟的计算值沿程变化相似,空腔均沿程先减小后增大。
(6)数值模拟计算呈现了湍动能和耗散率的沿程变化规律以及径向分布规律;数值模拟得出的消能率为84.43%,与模型试验的消能率83.12%较为接近。验证了水平旋流阻塞复合式内消能工的高消能率。