论文摘要
台阶式消能工主要是通过在溢洪道表面设置台阶来消减水流的能量。因其可以显著提高溢洪道的消能率,从而改善坝后冲刷,简化消能防冲设施,节省工程投资,而受到工程界的重视,是近几十年来发展较快的新型消能型式,特别是直角连续型台阶已经在坡度较陡的重力坝溢流坝面上得到较多应用。近年来,一种外凸式非连续型台阶因其具有结构简单、施工方便、消能效果明显等优点而引起工程界的关注,它的结构型式与传统直角连续型台阶的不同之处是在溢洪道底板上隔一定间距设置一个台阶跌坎。这种新型台阶已在一些坡度较缓的溢洪道泄槽中得到了应用。但是,目前对于这种新型外凸式台阶溢洪道的水力特性研究还不够深入。本文采用FLUENT软件,对外凸式台阶溢洪道的水流进行了数值模拟计算,分析了在i=1∶3、i=1∶4两种泄槽底坡情况下台阶高度、台阶间距对泄槽水深、流速、消能率压强的影响,并与光滑溢洪道、直角连续型台阶进行对比。结果表明：在单宽流量相同时,随台阶高度的增大,水深明显增大,随台阶间距的增大,水深减小。外凸式台阶溢洪道的消能率比光滑溢洪道显著增加,在一定的台阶高度范围内,消能率随台阶高度的增大而提高；但是,当单宽流量在一定范围内且台阶高度大于某一值后,再增大台阶高度,消能率的增幅并不明显。对于本文模拟的两种底坡情况,台阶高度在0.6m范围以内时,消能率随台阶高度增大而提高的幅度较明显,而台阶高度大于0.6m以后,消能率的增幅较小。在底坡一定时,外凸式台阶溢洪道的消能率随台阶间距的减小而提高,但是,当台阶间距减小到一定值时,消能率的增幅开始减缓,这种现象说明,台阶间距的合理取值与底坡有关。与直角连续型台阶对比的结果表明：在台阶高度较小(T≤0.5m)情况下,外凸式台阶的消能率略小于直角连续型台阶,而在台阶高度较大情况下,外凸式台阶具有与直角连续型台阶相近的消能率。对外凸式台阶溢洪道水流压强的数值模拟结果表明：在台阶隅角内发生的最大负压值随台阶高度减小、台阶间距的增大而增大,当控制台阶高度T≥0.4m、台阶间距S≤5m时,一般不会发生空化现象。对叠瓦式底板进行数值模拟结果表明：掺气挑坎对泄槽水深有较大扰动,使挑坎后水深明显增大；挑坎后水深、空腔长度随挑坎高度和挑角的增大而增大；挑坎高度和挑角越大,掺气槽内凹角隅处的最大负压值越大,底板压强分布越不均匀。
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- [1].外凸式台阶溢洪道的消能率及影响因素分析[J]. 新疆农业大学学报 2011(04)
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