掺气坎角度对溢流坝阶梯面掺气空腔的影响

作     者：张靓 杨具瑞 陈玉壮 ZHANG Liang;YANG Jurui;CHEN Yuzhuang

作者机构：昆明理工大学现代农业工程学院云南昆明650500 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 

出 版 物：《水利水运工程学报》 (Hydro-Science and Engineering)

年 卷 期：2017年第2017卷第6期

页      面：45-52页

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51569010) 

主　　题：工程水力学 RNGi-s模型 三维数值模拟 掺气空腔 

摘      要：在宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工中利用前置掺气坎连接WES曲面与阶梯溢流坝,能有效增加阶梯面掺气,避免阶梯遭受空化空蚀破坏。主要引用水气两相流VOF方法的RNG k-ε模型,采用几何重建方式对水气面附近进行插值以及利用PISO算法和非定常流算法进行数值模拟,模拟前置掺气坎角度8°,10°和11.3°时阶梯溢流坝上坎后掺气空腔长度及阶梯面压力分布,模拟范围从库区至消力池尾部。为验证模拟计算的可靠性,对阶梯溢流坝坎后掺气空腔进行模型试验,通过坎后空腔长度模拟值与实测值的对比分析,发现两者吻合较好,最大偏差为7.9%。模拟结果表明,掺气空腔长度随前置掺气坎角度的增加而增加,阶梯近壁面最大负压绝对值及压力随前置掺气坎角度的增加而增加且负压分布范围逐渐扩大。