【摘 要】
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在水利工程建设中,必须设置泄水建筑物。台阶式溢洪道是水利工程中善用的泄水建筑物,用来调节库容中不能容纳的洪水,以保证大坝安全。台阶式溢洪道不但要满足充足的泄流能力,
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在水利工程建设中,必须设置泄水建筑物。台阶式溢洪道是水利工程中善用的泄水建筑物,用来调节库容中不能容纳的洪水,以保证大坝安全。台阶式溢洪道不但要满足充足的泄流能力,而且在使用的过程中要保证台阶式溢洪道的安全性能,以及下泄水流与原河道之间不产生破坏性的影响。地处中国西北的高海拔寒冷地域的青海省,水电资源十分丰富。在高海拔的寒冷地区,研究台阶式溢洪道所具有的水力特性对于防止坝面的空化、空蚀有着不可磨灭的意义。本文采用VOF方法,结合RNGκ-ε双方程紊流模型和单向流体自由追踪界面对台阶式溢洪道进行了三维数值模拟研究:总结了RNGκ-ε双方程紊流模型的发展过程,介绍了数值模拟技术的应用现状,通过调整台阶式溢洪道的平面布置、台阶级数和台阶尺寸,对台阶式溢洪道的水流流态﹑水面线﹑流速﹑压强和消能率等水力特性进行了分析。研究结果表明:台阶式溢洪道的水流形态划分为过渡水流流态﹑跌落水流流态和滑行水流流态。在设置有过渡段时,水流流经过渡段后受失重影响,水面线在初始台阶骤减,之后逐渐回升。消力池段由于受消力池底板的反作用力,水面线突增,水流达到稳定状态后水面线趋于平稳;跌落水流流态时,台阶内部凹角处水流流速方向与台阶水平面形成45°角,滑行水流流态时,水体上表面的流速方向与台阶外边缘连线平行,台阶内部水流形成漩涡三角区;增大来流量后,单个台阶水平面正压值增大,正压最大值位于台阶步长0.8倍处,台阶竖直面上负压最大点易产生在台阶顶端范围内,负压范围占台阶比例的50%-65%。
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