随着紊流理论和计算机技术的不断发展,数值模拟在水利工程中的应用越来越广泛,发挥的作用也愈加明显,成为研究水力学的一个重要手段。本文采用k?ε紊流模型,建立三维数值模拟,模拟闸孔泄水的整个过程:(1)以斑竹园水电站为背景,在消力池中加设中坎,提出中坎消力池,建立中坎消力池的三维模型。计算得到纵剖面流速矢量图、表流等值线图、紊动能分布图和紊动能耗散率分布图,来分析中坎消力池内流场的流态并将计算结果与试验值进行了对比验证;(2)论文通过数值模拟计算并对中坎消力池内流态等因素进行了分析,认为中坎消力池内的水流流态与来流的流量、中坎位置、中坎高度、尾坎高度及海漫长度等反映淹没撞击射流基本参数有关。消力池中的流动结构可表示为主射流区+旋滚区的混合结构,主射流区与各旋涡区之间交界区是一层强紊动剪切区,主流在该区域通过强烈的紊动剪切和扩散作用以耗散其机械能。该区域是消散机械能的主区域。交界面区域所消散的射流动能,一部分传递给紊流,用以生成紊动涡体,维持紊流脉动和紊动耗散;一部分传递给漩涡区,维持这些漩涡取的转动。主射流区机械能的传递、再分配和消散过程中,紊流脉动所需要的能量最多,其次是漩涡所需的能量。上述证明了中坎有利于能量的耗散,从理论上也验证了中坎消力池消散能量效果好的特点;(3)本文对消能特性进行了深入的研究和分析,得出本文取值范围内,中坎段消能率与堰顶的不同流量关系性不大;当中坎的高度为溢流坝高度的3/4时,中坎消能率较好;中坎位置置于消力池内2/3处,消能效果明显最佳。随中坎位置的后移消能效率急速降低;较无中坎时,加设中坎后消能效率明显增加,消能效率提高了2~3倍,达到了62%左右,中坎消能比重增加到75%,减小了下游的冲刷。