利用新型模型提高收缩式堰的泄洪能力

《Scientific Reports》：Enhancing the discharge capacity of contracted weirs using novel models

　　

摘要

本研究利用三维计算流体动力学模拟，探讨了阶梯式和对角线式平台在提高收缩型尖顶堰泄流能力方面的应用效果。通过将数值模型与实验数据进行对比验证，研究了多种阶梯式和对角线位移配置与传统矩形缝式堰的性能差异。结果表明，这些先进几何结构显著优于传统设计，使所有堰顶的泄流效率提高了多达30%。虽然延长的堰顶长度是提升泄流效率的关键因素，但增加阶梯数量会在拐角处产生堰面干涉现象，从而可能对泄流系数产生负面影响。此外，流场分析显示，尽管这些配置提高了单位渠道宽度的泄流量，但不对称涡流和流线收缩可能会降低单位堰顶长度的泄流效率。最终，研究证实所提出的基于流面积的无量纲参数能够有效描述水力约束条件，证明了阶梯式和对角线式设计是提高水力工程中堰泄流能力的可行方案。