掺气坎后射流空腔积水的二维紊流数值模拟

摘要

掺气减蚀是高速水流泄水建筑物减免空蚀破坏的重要措施,是否形成稳定的空腔是评判掺气效果的重要标准,而坎后射流空腔积水是形成稳定空腔的最不利因素.本文在不考虑掺气浓度分布情况下将掺气坎上的水流流动按水气分层两相流进行研究,采用VOF方法和k～ε紊流模型进行数值模拟,得出了不同类型坎下积水情况和水舌形态.研究认为,掺气坎体型尺寸及下泄流量不变时,掺气空腔内积水程度随泄槽底坡加大而减弱直至消失;掺气坎体型不变,佛氏数的变化仅随流速变化时,佛氏数增大则积水程度减弱直至消失.对某大型水利工程放空洞掺气挑坎的数值计算结果与试验结果吻合较好,表明将紊流数学模型用于掺气坎后射流空腔积水的数值模拟是合理可行的.