台阶式溢洪道坡度对掺气和起始点位置的影响研究

摘要

溢洪道是一种重要的水工建筑物,用于从大坝水库中排出多余的水。掺气对于防止溢洪道上的气蚀破坏至关重要,如果不掺气,溢洪道上的气蚀风险会增加。确定台阶式溢洪道掺气的最重要参数是起始点。起始点是空气开始进入溢洪道上方水流表面的位置,它发生在湍流边界层与自由表面相遇的时候。起始点的位置取决于不同的参数,如流量、几何形状、步长和溢洪道的坡度等。文章的主要目的是利用可实现k-ε模型和流体体积法进行数值模拟,以确定起始点的位置。为此,通过使用具有四种不同坡度(12.5°、19°、29°和35°)的不同台阶式溢洪道,模拟不同的流速,得出不同流速下台阶式溢洪道不同渠道坡度的起始点位置。结果表明,缓坡的起始点位置比陡坡台阶式溢洪道更远离溢洪道顶部。当河道坡度从陡坡减小到缓坡时,非掺气水流区长度增加。