低Froude数新型消能尾坎数值模拟研究

刘洪滨，王亚洲，王均星，张 霄

(1.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049；2. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)

0 引 言

上下游水位差较小的泄水建筑物在泄洪时，跃前水流具有低佛氏数、低水头、大单宽流量的特点。当Fr<2.0时，水流在消力池内一般难以形成充分发展的水跃，消力池消能率不足20%[1]。

出池水流携带大量的余能造成河床产生冲刷破坏，河床的不断下切不仅降低下游水位，从而降低消力池尾水深度使得消力池更加难以形成水跃进行消能，而且给水工建筑物本身带来很大安全隐患[2]。

一般应用到低佛氏数消能工的主要有：多级消力池，消力池+趾墩，消力池+消力墩，消力池+低坎分流墩，消力池+T型墩+尾坎，消力池+宽尾墩，厢式消能工等[3]。同样在低佛氏数水流消能的条件下，国外学者提出的USBR-Ⅳ型消力池是以上消能工中趾墩与尾坎的组合形式，美国垦务局提出的SAF型消力池与印度ISI型消力池是趾墩、消力墩以及尾坎等辅助消能工组合形式的消力池，印度学者Bhavani于1951年提出的T型墩消力池也是一种广泛应用的辅助消能工[4]。

以上辅助消能工中趾墩、消力墩、T型墩是通过对水流的阻击直接改变流场[5]，增大水流的剪切掺混程度，其虽然能够增大消能率但是容易对消能建筑物产生空蚀破坏。例如国内盐锅峡水电站一级消力池布置的消力墩发生严重空蚀破坏导致消力池消能不足，下游河床发生严重的冲刷破坏[6,7]。柘林水电站一级消力池趾墩每年都发生空蚀破坏，苏联的新西伯利亚坝以及美国的皮特6和皮特7都存在趾墩或者消力墩发生空蚀破坏的问题从而耗费大量人力物力进行修补[2]。……