阶梯坝面坡度对阶梯面掺气特性及负压影响试验研究

摘要

为探求高水头、大单宽流量下阶梯坝面坡度对宽尾墩—阶梯溢流坝—消力池一体化联合消能方式的阶梯面掺气特性及负压的影响,以阿海水电站为原型,采用速度比尺和长度比尺分别建立运输方程,引入水气两相流VOF和三维RNG紊流模型.利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对51.34°,53.13°,56.98°这3种阶梯面坡度进行数值模拟研究.研究结果表明,坡度增加,阶梯面掺气空腔长度先增加后减小;当坡度为53.13°时,阶梯面掺气空腔长度最长,为7.5 m.阶梯面掺气浓度变化与掺气空腔长度变化规律一致,坡度增加,阶梯面掺气浓度先增加后降低,各方案空腔段后掺气浓度均存在小于阶梯面最低保护掺气浓度3％,此掺气浓度下阶梯面会发生空蚀破坏.阶梯面负压呈双峰分布,最大负压峰值出现在第2峰值处,负压双峰值随坡度增加而增大,当坡度为56.98°时,负压最大,值为-42.34 kPa.