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台阶式溢洪道的消能效果显著,台阶水流是以其强迫掺气为重要特征的复杂流动,目前大多数已有的数值模拟方法不能够很好地模拟出水流的掺气情况,而FOW 3D数值模拟中卷气模型的出现,从理论上来讲可以对水流的掺气情况进行模拟.本文在前人台阶式溢洪道模型试验结果的基础上,从雷诺平均N-S方程出发,采用有限体积法离散控制方程,选用卷气模型、多相流模型、湍流模型(RNGκ-ε),采用GMRES算法进行压力求解.采用Multi-Block和FAVORTM技术结合的方法进行网格划分,运用FLOW-3D软件对台阶式溢洪道水流进行数值模拟。木文数值模拟的结果与己有的试验结果基本吻合。本文通过对三种不同台阶类型的溢洪道进行数仿模拟,水库上游水位分别为:1Ocm,15cm,20cm,25cm,28cm,相应单宽流量分别为 0.0499m2/s,0.118 m2/s,0.187 m2/s,0.269m2/s,0.319m2/s,得到台阶式溢洪道的初始掺气位置发生点,掺气浓度分布规律,水流流态,水流流速分布规律,台阶内部的水流流态,台阶断面的压力分布规律。研究结果表明:水流经过堰顶到达过渡段,水面有明显的降低现象,进入台阶段后坝面水深先沿程减小后趋于稳定,随着水深的增加,在初始台阶处出现收缩断面的现象越来越不明显,台阶内部呈较大的顺时针漩涡流动;由于水深的的增大,空气不易卷入水体中,初始掺气位置随之下移;在同一台阶断面上,台阶底部的掺气浓度变化没有台阶上部掺气浓度变化大,越靠近水面掺气量越大,掺气增长速率越快。在流量相同,坡度不变,随着台阶尺寸增大的情况下,水流会出现由滑行向跌落状态的转变;台阶水平断面的压力从台阶凹角向凸角处先降低后逐渐增大；随着上游水头的增加,台阶水平段的压力值增大；台阶铅直断面的压力分布从下到上,压强依次减小,最大值出现在台阶底部的凹角处,从台阶的凹角向上,压力逐渐减小,负压最大值出现在台阶的顶部凸角下缘处。台阶数值模拟得出的结果与试验结果相符。