修圆角形过渡阶梯对阶梯溢流坝消能特性的影响

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作者 陈卫星 熊长鑫 杨具瑞 《水利建设与管理》 2023年第7期19-24,共6页

本文以阿海水电站的阶梯溢流坝为原型,应用水气两相流VOF计算方法以及三维RNG k-ε紊流模型,采用PISO耦合的算法计算速度、压力,利用几何重建格式迭代求解非恒定流,对过渡阶梯段的圆角半径R为0.188m、0.219m、0.250m时的修圆角形过渡阶... 本文以阿海水电站的阶梯溢流坝为原型,应用水气两相流VOF计算方法以及三维RNG k-ε紊流模型,采用PISO耦合的算法计算速度、压力,利用几何重建格式迭代求解非恒定流,对过渡阶梯段的圆角半径R为0.188m、0.219m、0.250m时的修圆角形过渡阶梯进行数值模拟。主要针对阶梯溢流坝的压力场、紊动动能等水力特性进行研究,分析修圆角形阶梯的圆角半径对阶梯溢流坝面消能的规律。模拟结果表明,修圆角形阶梯的半径越大,在阶梯溢流坝面产生的时均压强越小,紊动动能越大,消能效果越好。圆角半径为0.250m时的修圆角形过渡阶梯在阶梯溢流坝面上的时均压强最小,为112.985kPa,紊动动能最大,为9.090m ^(2)/s ^(2)。 展开更多

关键词 修圆角形阶梯 阶梯溢流坝 数值模拟 压力 紊动动能

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X型宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能的三维流场数值模拟 被引量：55

2

作者 张挺 伍超 +1 位作者 卢红 郑治 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第8期15-20,共6页

宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能是一种新型坝面泄流形式的消能工。由于宽尾墩和阶梯的共同作用,其水流表现为很强的三维特性,水气二相混掺剧烈,目前对其流场的三维数值模拟还未见报道,本文采用双方程紊流模型对X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消... 宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能是一种新型坝面泄流形式的消能工。由于宽尾墩和阶梯的共同作用,其水流表现为很强的三维特性,水气二相混掺剧烈,目前对其流场的三维数值模拟还未见报道,本文采用双方程紊流模型对X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能的三维流场进行了全场数值模拟,给出了压力特性、流速分布、阶梯及宽尾墩墩后水气两相流的部分特性,计算结果与模型试验数据对比,两者吻合良好,计算发现,在第一级阶梯脱体处存在负压,随后在试验中得到了验证。研究结果表明,采用X型宽尾墩-阶梯溢流坝联合消能,阶梯坝面上能形成明显的纵、横向旋滚,提高了消能效果。 展开更多

关键词 X型宽尾墩 阶梯溢流坝 数值模拟

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影响阶梯溢流坝消能率的因素 被引量：58

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作者 陈群 戴光清 +1 位作者 朱分清 杨庆 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期95-104,共10页

为了探求提高阶梯溢流坝消能率的措施 ,本文首次采用紊流数值模拟方法 ,对影响阶梯溢流坝消能率的一些主要因素 ,如单宽流量、坝坡、阶梯高度等进行研究。结果表明 ,消能率随单宽流量的增大而显著降低。坝坡越缓 ,消能率越高。阶梯高度... 为了探求提高阶梯溢流坝消能率的措施 ,本文首次采用紊流数值模拟方法 ,对影响阶梯溢流坝消能率的一些主要因素 ,如单宽流量、坝坡、阶梯高度等进行研究。结果表明 ,消能率随单宽流量的增大而显著降低。坝坡越缓 ,消能率越高。阶梯高度对消能率的影响与单宽流量有关 ,当单宽流量较小时 ,消能率随阶梯高度变化较大 ;当单宽流量较大时 ,阶梯高度对消能率的影响很小。根据紊流数值模拟得到的坝面流场的紊动动能和紊动耗散率分布 ,对单宽流量增大时消能率降低的根本原因进行了探讨 ,提出了一些提高消能率的具体措施。 展开更多

关键词 水力学 阶梯溢流坝 数值模拟 单宽流量 坝坡 阶梯高度

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阶梯溢流坝自由表面掺气特性数值模拟 被引量：22

4

作者 程香菊 罗麟 +1 位作者 赵文谦 李然 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2004年第2期152-157,共6页

　阶梯溢流坝作为泄水建筑物早已出现。实践发现,经过阶梯溢流坝的水流可以大量卷吸空气,从而增大水体的含氧量,因此可以利用它作为水体复氧、改善水质的措施。但对于阶梯溢流坝复氧能力的理论分析至今尚未见报道。本文引入水气两相流模... 　阶梯溢流坝作为泄水建筑物早已出现。实践发现,经过阶梯溢流坝的水流可以大量卷吸空气,从而增大水体的含氧量,因此可以利用它作为水体复氧、改善水质的措施。但对于阶梯溢流坝复氧能力的理论分析至今尚未见报道。本文引入水气两相流模型,用k ε紊流数学模型模拟计算了阶梯溢流坝自由表面掺气的特征量。计算结果与试验资料进行了对比,结果表明,计算值与实测值吻合良好,可以认为本文的数值模拟方法是可行的。这将为阶梯溢流坝复氧能力计算以及从理论上得到阶梯溢流坝的最佳布置形式提供理论基础。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 两相流 紊流模型 数值模拟 掺气特性 含氧量

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宽尾墩后接阶梯溢流坝面水工设施的研究 被引量：26

5

作者 胡耀华 伍超 +2 位作者 卢红 张挺 莫政宇 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期37-41,共5页

将宽尾墩安置在阶梯溢流坝上游形成一种新的水工设施,它兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的特点,比纯阶梯坝单宽流量可增大数倍。由于在阶梯面与挑射水流之间形成气体空腔,可实现充分掺气。本文对其进行了数值模拟,采用了双孔方案。虽然网格数... 将宽尾墩安置在阶梯溢流坝上游形成一种新的水工设施,它兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的特点,比纯阶梯坝单宽流量可增大数倍。由于在阶梯面与挑射水流之间形成气体空腔,可实现充分掺气。本文对其进行了数值模拟,采用了双孔方案。虽然网格数增加了一倍,但比单孔而言流场更加完整。通过数值模拟得到的墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体等,与实验观测到的现象吻合。介绍了复杂水工建筑物的网格生成方法。本文的研究成果可以为设计提供参考依据。 展开更多

关键词 水力学 三维数值模拟 宽尾墩 阶梯溢流坝

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带有曲线自由水面的阶梯溢流坝面流场的数值模拟 被引量：40

6

作者 陈群 戴光清 刘浩吾 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第9期20-26,共7页

本文利用k -ε紊流模型模拟坝面上的复杂紊流流场 ,并且采用非结构网格来处理复杂的边界形状 ,对自由水面 ,引入水 -气两相分层流理论中的流体体积分数法 (VOF)来迭代求解。通过模拟计算 ,得到坝面水流的水面线、速度场、压力场等 ,并... 本文利用k -ε紊流模型模拟坝面上的复杂紊流流场 ,并且采用非结构网格来处理复杂的边界形状 ,对自由水面 ,引入水 -气两相分层流理论中的流体体积分数法 (VOF)来迭代求解。通过模拟计算 ,得到坝面水流的水面线、速度场、压力场等 ,并与模型试验实测结果进行对比分析 。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 K-Ε紊流模型 数值模拟 自由水面

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阶梯溢流坝面流场的紊流数值模拟 被引量：12

7

作者 陈群 戴光清 刘浩吾 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期23-27,共5页

为了详尽地研究阶梯溢流坝面的紊流流场特性 ,采用雷诺应力模型对阶梯溢流坝面上的流场进行紊流数值模拟 ,得到了阶梯坝面水流的速度场、压力场、紊动能和紊动耗散率的分布规律 ,并与实测值进行比较 。

关键词 阶梯溢流坝 紊流数值模拟 雷诺应力模型 紊流流场 速度场 压力场 紊动能

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阶梯溢流坝水流特性数值模拟 被引量：12

8

作者 胡晓清 钱忠东 +1 位作者 槐文信 Antonio Amador 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期20-23,共4页

采用Mixture模型对阶梯溢流坝气液两相湍流进行模拟,湍流模型分别采用Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对非掺气区域的坝面平均速度、边界层厚度沿水流方向的变化以及边界层内速度分布等,进行了水流特性分析,并将两种湍流模型的计算... 采用Mixture模型对阶梯溢流坝气液两相湍流进行模拟,湍流模型分别采用Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对非掺气区域的坝面平均速度、边界层厚度沿水流方向的变化以及边界层内速度分布等,进行了水流特性分析,并将两种湍流模型的计算结果与实验结果进行了比较.结果表明,Realizablek-ε湍流模型能够更好地模拟出阶梯溢流坝的水流特性. 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 湍流模型 水流特性 数值模拟

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前置掺气坎高度对阶梯溢流坝水力特性的影响 被引量：16

9

作者 朱利 张法星 刘善均 《人民黄河》 CAS 北大核心 2014年第6期110-112,共3页

将掺气坎设置于阶梯溢流坝闸墩出口处,有利于阶梯掺气,避免阶梯空蚀空化。通过1∶25模型试验,在宽尾墩阶梯溢流坝上设置不同体形的前置掺气坎,研究了掺气坎高度变化对坎后有效空腔长度、空腔最大高度、下游坝面掺气浓度沿程分布、水舌... 将掺气坎设置于阶梯溢流坝闸墩出口处,有利于阶梯掺气,避免阶梯空蚀空化。通过1∶25模型试验,在宽尾墩阶梯溢流坝上设置不同体形的前置掺气坎,研究了掺气坎高度变化对坎后有效空腔长度、空腔最大高度、下游坝面掺气浓度沿程分布、水舌冲击力大小的影响,并与未设掺气坎体形时对应的水力学参数进行了对比分析。结果表明:与未设掺气坎相比,增设掺气坎后阶梯沿程掺气浓度增长明显;有效空腔长度随坎高的增大而增大,空腔最大高度随坎高的增加无明显变化;随着坎高增加,水舌冲击力相应增加,对于53°的溢流坝面,坎高超过1.2 m后,水舌冲击压强将大于20×9.8 kPa。 展开更多

关键词 前置掺气坎 阶梯溢流坝 掺气浓度 水舌冲击力

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曲线型阶梯溢流坝坝面掺气发生点位置的确定 被引量：7

10

作者 汝树勋 唐朝阳 梁川 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 1996年第2期7-10,共4页

曲线型阶梯溢流坝坝面形成掺气水流，是阶梯溢流坝具有较高消能率的重要原因之一，故掺气初生点位置的确定，对阶梯尺寸的选择有重要的影响。根据在大型钢架玻璃水槽中，对４种不同阶梯尺寸的曲线型阶梯溢流坝系统试验结果，分析了坝面... 曲线型阶梯溢流坝坝面形成掺气水流，是阶梯溢流坝具有较高消能率的重要原因之一，故掺气初生点位置的确定，对阶梯尺寸的选择有重要的影响。根据在大型钢架玻璃水槽中，对４种不同阶梯尺寸的曲线型阶梯溢流坝系统试验结果，分析了坝面掺气的机理，给出了确定坝面掺气初生点位置的计算公式及曲线。 展开更多

关键词 溢流坝 阶梯溢流坝 掺气 位置 掺气初生

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阶梯溢流坝水流数值模拟及消能分析 被引量：8

11

作者 陈永明 吉庆丰 《灌溉排水学报》 CSCD 北大核心 2006年第2期68-71,共4页

利用k-ε紊流模型模拟了带有曲线自由表面的阶梯溢流坝和非阶梯溢流坝的紊流流场,采用流体体积分数法(VOF法)来确定自由表面。通过数值模拟,得到了2种溢流坝水流的较为合理的速度场,比较了二者的消能效果。模拟结果表明,阶梯溢流坝消能... 利用k-ε紊流模型模拟了带有曲线自由表面的阶梯溢流坝和非阶梯溢流坝的紊流流场,采用流体体积分数法(VOF法)来确定自由表面。通过数值模拟,得到了2种溢流坝水流的较为合理的速度场,比较了二者的消能效果。模拟结果表明,阶梯溢流坝消能效果更好,阶梯溢流坝的消能率比非阶梯溢流坝的消能率高约17%。 展开更多

关键词 k-ε模型 阶梯溢流坝 自由表面 消能效果

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阶梯溢流坝面过渡阶梯最佳起始位置 被引量：5

12

作者 戴光清 陈群 刘浩吾 《四川水力发电》 2001年第B07期31-34,共4页

利用水气两相流的 VOF模型对典型的阶梯溢流坝面流动进行了紊流数值模拟 ,分别计算了 4个不同起始位置过渡阶梯的动水压力场、紊动耗散率等值线分布以及相应的阶梯坝面消能率。计算结果分析表明 :对于与此计算条件相似的阶梯溢流坝 ,其... 利用水气两相流的 VOF模型对典型的阶梯溢流坝面流动进行了紊流数值模拟 ,分别计算了 4个不同起始位置过渡阶梯的动水压力场、紊动耗散率等值线分布以及相应的阶梯坝面消能率。计算结果分析表明 :对于与此计算条件相似的阶梯溢流坝 ,其过渡阶梯的最佳起始点应设置在约 1/2曲线高度的坝顶曲线段上。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 压力场 消能率 过渡阶梯

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阶梯溢流坝的水流特性与消能效果 被引量：10

13

作者 潘瑞文 徐一民 扬志林 《云南工业大学学报》 1995年第4期1-7,共7页

本文通过试验分析，对设置在高坎宽顶堰上的阶梯坝面消能工的水流特性进行了系统研究，并与无阶梯溢流坝作比较后认为：在阶梯溢流坝面上形成的滑掠水流流态，使泄流水舌表面充分掺气，底缘形成含气漩滚。掺气后的水深和流速沿程保持稳... 本文通过试验分析，对设置在高坎宽顶堰上的阶梯坝面消能工的水流特性进行了系统研究，并与无阶梯溢流坝作比较后认为：在阶梯溢流坝面上形成的滑掠水流流态，使泄流水舌表面充分掺气，底缘形成含气漩滚。掺气后的水深和流速沿程保持稳定，可大量消散泄流动能，改善坝址下游的水力条件。设置于溢流坝面的阶梯是一种有效的消能工，并具有一定的防空蚀作用。阶梯消能的效果，与下泄单宽流量、坝高、台阶高度、溢流坝面斜率及堰面上滑掠水流的流程长度有关。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 水流特性 消能工 水力模型 溢流坝

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宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的紊流数值模拟 被引量：3

14

作者 胡耀华 伍超 +1 位作者 叶茂 张挺 《四川水力发电》 2005年第2期32-35,共4页

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进... 宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进出口处的紊动能以及耗散率,数值计算结果与试验数据基本吻合。数值计算时单宽过量已达141m3/s·m,对宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化的方式有必要进行更深入的研究。 展开更多

关键词 宽尾墩 阶梯溢流坝 水力特性 数值模拟

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阶梯溢流坝综述 被引量：2

15

作者 高金花 蒋晶 +1 位作者 滕显华 刘志立 《长春工程学院学报（自然科学版）》 2004年第4期11-15,共5页

对国内外已建成的几十座阶梯式溢流坝所取得的丰富成果作了综述。目前应用的阶梯溢流坝主要是将传统的光滑溢流坝面改成具有阶梯状的溢流面,现有的成果大部分是针对其消能特性,即阶梯使过坝水流的能量损失增大所作的讨论。也从阶梯面的... 对国内外已建成的几十座阶梯式溢流坝所取得的丰富成果作了综述。目前应用的阶梯溢流坝主要是将传统的光滑溢流坝面改成具有阶梯状的溢流面,现有的成果大部分是针对其消能特性,即阶梯使过坝水流的能量损失增大所作的讨论。也从阶梯面的压力分布、掺气特点等方面概述了国内外对阶梯坝水力特性的研究现状。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 水力特性 消能

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阶梯溢流坝掺气水流运动的数值模拟

16

作者 杨纪伟 刘晓川 刘士和 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2008年第4期56-58,共3页

从两相流基本方程出发,分析了水利工程中水气两相流的特点,采用QUICK格式对控制方程进行离散,建立了适用于自掺气水流的数学模型。应用此数学模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的自由水面、流速场及初始掺气点等参数,并与模型试验... 从两相流基本方程出发,分析了水利工程中水气两相流的特点,采用QUICK格式对控制方程进行离散,建立了适用于自掺气水流的数学模型。应用此数学模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的自由水面、流速场及初始掺气点等参数,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 数学模型 水气两相流

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三种湍流模型在阶梯溢流坝数值模拟中的比较 被引量：5

17

作者 补舒棋 唐新军 《人民黄河》 CAS 北大核心 2010年第7期141-143,共3页

采用standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε3种不同的湍流模型并结合VOF法,对阶梯溢流坝气液两相流动进行了数值模拟,将不同湍流模型所模拟的水面线、台阶速度场分布及台阶壁面压力分布与物理模型试验实测结果进行了对比分析。结果... 采用standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε3种不同的湍流模型并结合VOF法,对阶梯溢流坝气液两相流动进行了数值模拟,将不同湍流模型所模拟的水面线、台阶速度场分布及台阶壁面压力分布与物理模型试验实测结果进行了对比分析。结果表明:RNG k-ε湍流模型能够较好地模拟阶梯溢流坝的水流特性。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝水流 VOF方法 standardk-ε模型 RNGk-ε模型 Realizablek-ε模型

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阶梯溢流坝滑行水流掺气过程的大涡模拟 被引量：1

18

作者 张建波 詹杰民 龚也君 《广西大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第4期1572-1580,共9页

阶梯滑行水流具有较强的紊动特征和复杂的水—气自由面,其数值模拟研究具有较高的难度。文中采用数值模拟方法对阶梯溢流坝的溢流过程与滑行水流的掺气过程进行研究,并探讨其掺气机理。采用体积分数(VOF)多相流模型和大涡模拟(LES)方法... 阶梯滑行水流具有较强的紊动特征和复杂的水—气自由面,其数值模拟研究具有较高的难度。文中采用数值模拟方法对阶梯溢流坝的溢流过程与滑行水流的掺气过程进行研究,并探讨其掺气机理。采用体积分数(VOF)多相流模型和大涡模拟(LES)方法,对坡度为2.5∶-1的阶梯溢流坝模型进行计算。结果表明,计算结果与实验结果较为吻合,数值模型可靠,且能够生动地模拟阶梯溢流过程和掺气过程。进一步分析得出结论:足够大的湍动能和涡结构发展是自由面变形继而发生自掺气的内部原因。 展开更多

关键词 大涡模拟 阶梯溢流坝 掺气 湍流

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阶梯溢流坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响 被引量：5

19

作者 邱毅 吴欧俣 +2 位作者 杨具瑞 任中成 陈卫星 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2020年第3期28-35,共8页

为探求高水头、大单宽流量下坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响,以阿海水电站为原型,采用三维k-ε双方程紊流模型,引入水气两相流VOF计算方法,利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对1∶0.80、1∶0.75、1∶0.65三种阶梯面坡比进行... 为探求高水头、大单宽流量下坝面坡度对一体化消能工水力特性的影响,以阿海水电站为原型,采用三维k-ε双方程紊流模型,引入水气两相流VOF计算方法,利用几何重建格式来迭代生成自由水面,对1∶0.80、1∶0.75、1∶0.65三种阶梯面坡比进行数值模拟研究。结果表明:①最大负压值均位于首级阶梯立面凸角下1/4附近,并随坡度增加而增大。坡度为56.98°时,最大负压值为61.02 kPa,超过了6×9.81 kPa。②水流空化数在宽尾墩水舌出口位置出现最小值,空化数随坡度变陡而减小。坡度为56.98°时,空化数最小为0.358。坡度为51.34°时,空化数最大,为0.381。③随着阶梯溢流坝坝面坡度变缓,消力池最大临底流速增大。当坡度为51.34°时,消力池最大临底流速最大,达到26.84 m/s,超过了25 m/s,易发生冲磨破坏。当坡度为56.98°时,消力池最大临底流速最小,为24.00 m/s。消力池尾坎前最大临底流速随坡度增加而减小,坡度为56.98°时最小,为9.63 m/s;坡度为51.34°时,消力池尾坎前最大临底流速最大,为9.96 m/s。④坡度的变化对一体化消能工消能率的影响不大,坡度从51.34°增加到56.98°,消能率只提升0.15%。 展开更多

关键词 坝面坡度 阶梯溢流坝 水气两相流 空化数 负压 消能率

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阶梯溢流坝自掺气水流的数值模拟 被引量：1

20

作者 刘晓川 杨纪伟 +1 位作者 李书芳 付晓丽 《水利科技与经济》 2008年第3期190-192,共3页

从两相流基本方程出发,建立了适用于自掺气水流的数学模型,用明渠自掺气水流进行验证。应用此数学模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的流速场、初始掺气点及消能率等参数,得出了初始掺气点的位置随流量的增加而下移,消能率随流量的... 从两相流基本方程出发,建立了适用于自掺气水流的数学模型,用明渠自掺气水流进行验证。应用此数学模型模拟计算了阶梯溢流坝面水气两相流的流速场、初始掺气点及消能率等参数,得出了初始掺气点的位置随流量的增加而下移,消能率随流量的增加而减小的结论。 展开更多

关键词 阶梯溢流坝 自掺气 k—ε模型

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