低掺气分流齿墩的水力特性的研究

摘要

高速水流下的泄水建筑物过流面上设置新型联合消能工——低掺气分流齿墩，将促使水流掺气，有效解决低佛劳德数下水流的消能防冲问题，以减免过流建筑物可能发生的严重破坏，这是水工中广泛采用的减蚀技术。
　　 本文以没于水面下的低分流齿墩式掺气跌坎与消力池联合应用的实验为研究背景，通过分析模型试验成果，利用三维数值模方法拟研究墩高比低于0.5的低齿墩下游的水力特性，应用三维RNG型κ-ε紊流数学模型、VOF法处理自由水面、SolidEdge三维实体建模及ICEM网格划分建立了进水道-齿坎-水槽的三维模型，并设置边界条件实现模拟流场用Fluent进行计算。
　　 研究在低佛劳德数的流动下，依据不同齿墩体型参数的工况，对坎后下游水流的各水力特性，如水流流态、流速分布、空腔长度及挟气能力等的变化规律进行分析，得到可使水流充分掺气的合理墩型特征，并通过对齿墩水力特性的分析可有助于提高掺气坎后过流面的减蚀能力。具体结果：一定的低佛劳德数和来流流速下，随墩高比或收缩比的增加，齿坎下游流态仍保持平顺；流速分布范围扩散、空腔长度增长、气水比增大，在通气设施下可充分混掺空气，减免水槽壁面的空蚀现象。
　　 因此，运用三维数值模拟的方法研究低掺气分流齿墩的水力特性，对分析高水头建筑物下游的水流挟气能力具有实际的研究意义。