摘要：【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。

摘要：对不同Fr的平底板急流区和水跃区脉动压力特性进行了试验研究,重点分析比较了平底板急流区和水跃区脉动压力的强度、概率分布规律、互相关特性以及频谱特性。结果表明：在相同的水力条件下,水跃区脉动压强系数大约是急流区脉动压强系数的1.36~5.75倍;急流区脉动压力幅值和水跃区脉动压力幅值基本都符合正态分布,且急流区脉动压力幅值较水跃区脉动压力幅值具有更好的正态性表现;急流区底板下表面的脉动压力在缝隙中传播规律与水跃区不同,急流区脉动压力在缝隙中的传递不符合瞬变流理论;急流区内脉动能量的频带较宽,研究成果可为大、中型水工建筑物中的脉动压力设计提供参考和指导。