潜没式三角翼对闸后三元突扩水跃的影响研究

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我国北方平原地区修建的多孔蓄排兼用水闸,除排水行洪期间常为部分孔开启,导致主流扩散不充分,单宽流量增加,形成流态复杂的三元突扩水跃。局部的高速水流对下游河床造成较严重地冲刷破坏,威胁水工建筑物的运行安全。借助消能设施缓解三元水跃主流受压缩问题,保证闸坝枢纽的安全是水电能源开发中亟待解决的工程难题。本文基于“介入式”控导冲击波的原理,在闸后设置一种体型较小、造价经济的新型辅助消能工——潜没式三角翼,利用其产生的干扰波传播和反射的特点对水流进行干扰控导。采用数值模拟和水力学模型试验的方法,在多种工况下进行了辅助消能工布设与否的对比试验,初步研究了三角翼对水流流态的影响。主要研究内容和成果如下:  (1)分析了闸门集中开启对下游造成的危害,以及国内外水跃的水力特性及辅助消能工的研究现状。  (2)设计制作了水闸试验模型和多种体型的潜没式三角翼,制定了数值模拟方案。  (3)利用Flow-3D软件建立了RNG k-ε紊流数值模型,在不同工况下模拟闸后水流流态在布设潜没式三角翼前后发生的变化,研究三角翼体型参数对闸后水流流态的影响,初步确定了潜没式三角翼的最佳分流角。  (4)通过分析闸后平底板和消力池形成的三元突扩水跃的内部流态,研究了潜没式三角翼对跃前流态、跃后时均流速等参数的影响,进一步验证了最佳分流角以及数值模型建立的合理性,发现三角翼减小了漩涡区的紊动强度,具有分散主流、调均流速横向分布的效果。
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