琴键堰不同溢流前缘泄流特性的数值模拟研究

摘要

琴键堰是本世纪初提出的新型迷宫堰型,倒悬的设计使其基座大为减小,适合安置在任何坝型上,是一种解决大坝泄洪能力不足的有效方案。尽管实验研究证实了其优越的超泄能力,但是由于实验测量无法区分不同溢流前缘上的泄流量,限制了对其复杂流动特性的认识。本文基于VOF自由面捕捉的全三维紊流数值模拟,对其泄流特性进行分析研究。模拟得到的泄流量与实验非常吻合,低水头时泄流能力几乎与溢流前缘的长度成正比,高水头时逐步下降。获得了琴键堰出水口、进水口及侧向三个溢流前缘上的泄流量,分析了出水口、进水口及侧向泄流在总泄流中所占的比重及泄流效率随水头升高的变化规律,从流态的角度分析了影响泄流效率的机制。研究成果深化了对琴键堰不同溢流前缘泄流特性的认识,指明了琴键堰体型优化的方向。