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泄洪水流通常属于高速水流的范畴,由于其具有水头高,流速大等特点,水力空化往往是导致泄水建筑物破坏的原因之一。为了研究泄洪建筑物出口附近的空化空蚀特性,本文采用数值模拟的方法对泄洪建筑物的空化分布进行了数值模拟研究。
为了获得泄洪高速水流情况下的水流特征,分析空化及其对结构可能存在的空蚀破坏影响,本文应用了VOF(Volume Of Fluid)方法的水气二相流模型,并结合Realizable k-ε紊流模型和FVM离散方法、PISO算法等数值模拟方法对溢洪道、泄洪洞明流段泄洪高速水流进行了三维数值计算。采用数值计算获得了压强、流速及水深的三维分布参数,并将部分计算结果与试验资料及设计值进行对比验证,吻合较好,表明本文选取的计算方法能够较好地模拟泄洪高速水流。
通过引入传统的空化数计算公式作为自定义函数计算了整个流场的空化数,空化数沿程分布与试验结果进行了相互比较,数值模拟的空化数与模型试验测试的空化数较为接近。计算获得了泄水建筑物沿程空化数分布规律、空化安全区域、易发生空化空蚀的区域、最小空化数的具体位置。本文研究结果可作为设计部门在防止空化和体型优化设计方面的参考。