基于數值模擬的齒墩間距對消能效果的影響研究

關 健

(新民市農業技術推廣與行政執法中心,遼寧 沈陽 110300)

隨著水利工程技術的不斷進步，高壩建設數量迅速增加，因而對泄洪消能的需求也不斷提高。由于突擴、突縮式內消能工具有結構簡單、施工方便、消能效果好等諸多優勢，在近年來的水利工程建設中得到了廣泛應用[1]。目前，內消能工主要有孔板、洞塞與齒墩三種主要類型。其中，齒墩式消能工是在洞塞式消能工的基礎上在有壓管道或泄洪洞內去掉洞塞的一部分，設置幾個齒墩，以達到增加過流能力并兼顧消能效果的雙重作用[2]。由于齒墩尺寸和梯形對消能效果存在決定性影響，相關學者在該領域進行了諸多研究。其中，張楊[3]利用數值模擬的方法對齒墩的長度進行研究，結論顯示流量相同的條件下，消能率會隨著齒墩長度的增大先減小、后增大、再趨于穩定。張澤[4]的研究還顯示，在面積收縮比相同的條件下，消能率會隨著齒墩數目的增加而減小，且在4個齒墩情況下具有最好的抗空化效果。李斌[5]的研究結果顯示，在其他條件相同時，二級齒墩比一級齒墩的消能效果要好，同時齒墩間距大于100 cm 時，旋轉角對消能率的影響極為有限。在前期研究成果的基礎上，本文利用數值模擬的方法，對不同齒墩間距下的消能特征進行研究，以獲得最佳齒墩間距。

1 計算模型的構建1.1 工程布置與模擬參數

參照宋佳杰[6]在相關研究中使用的數值模擬計算幾何模型，本次模擬設計水頭為3 m，管道長度為370 cm。……