低佛氏数水跃紊流数值模拟研究

【目的】研究低佛氏数(fr1)水跃紊流的水力特性。【方法】采用vof方法处理闸门上、下游表面，用二维rng型k-ε紊流数学模型，对低佛氏数（fr1=2.0～4.5）水跃紊流进行数值模拟，研究了不同低佛氏数水跃的跃后水深、水跃长度及流速分布，分析了水跃区及其下游明渠流区压强、紊动能、耗散率和水跃消能率的特性。【结果】淹没系数大于1.2时，水跃长度均大于其他经验公式计算的水跃长度，且水跃长度增幅随佛氏数的增加而增大。水跃区断面各点时均流速最大值沿程减小；跃后明渠流区，断面各点平均流速沿程无明显变化。水跃区主流与漩滚交界处附近，特别是泄水闸门附近的紊动能及耗散率均最大。随着佛氏数的增加，理论和实际消能率均增大，且理论消能率大于考虑了跃后紊动能的实际消能率。【结论】低水头水利枢纽泄洪功率较大，应充分考虑低佛氏数水跃实际消能率低的水力特性，设计合理的消能设施以解决其消能防冲问题。