Tytuł pozycji:
Free surface profile and inception point as characteristics of aerated flow over stepped spillway: Numerical study
Stepped spillway is hydraulic structure designed to dissipate the excess in kinetic energy at the downstream of dams and can reduce the size of stilling basin at the toe of the spillway or chute. The flow on a stepped spillway is characterised by the large aeration that can prevent or reduce the cavitation damage. The air entrainment starts where the boundary layer attains the free surface of flow; this point is called “point of inception”. Within this work the inception point is determined by using software Ansys Fluent where the volume of fluid (VOF) model is used as a tool to track the free surface thereby the turbulence closure is derived in the k – ε turbulence standard model. This research aims to find new formulas for describe the variation of water depth at step edge and the positions of the inception point, at the same time the contour map of velocity, turbulent kinetic energy and strain rate are presented. The found numerical results agree well with experimental results like the values of computed and measured water depth at the inception point and the numerical and experimental inception point locations. Also, the dimensionless water depth profile obtained by numerical method agrees well with that of measurement. This study confirmed that the Ansys Fluent is a robust software for simulating air entrainment and exploring more characteristics of flow over stepped spillways.
Przelew schodkowy jest budowlą hydrauliczną projektowaną w celu rozpraszania nadmiaru energii kinetycznej i przez to ograniczenia koniecznej głębokości w stanowisku dolnym. Przepływ przez przelew schodkowy charakteryzuje się dużym napowietrzeniem strumienia, co może zapobiec lub zmniejszyć uszkodzenia kawitacyjne powierzchni zlewowej przelewu. Porywanie powietrza rozpoczyna się tam, gdzie turbulentna przydenna warstwa graniczna osiąga swobodną powierzchnię przepływu; ten punkt nazywano „punktem początkowym”. Położenie punktu początkowego w pracy określano na podstawie wyników obliczeń programem Ansys Fluent, wykorzystującym metodę objętości skończonych płynu (VOF) wraz ze standardowym zamknięciem modelu turbulencji k – ε stosowanym w obliczaniu przepływu o swobodnej powierzchni. Celem prowadzonych badań było znalezienie nowych zależności do opisania zmian głębokości wody na stopniu schodka i położenia punktu początkowego. Przedstawiono obliczone rozkłady prędkości, turbulentnej energii kinetycznej i naprężeń. Uzyskane wyniki obliczeń są zgodne z wynikami badań eksperymentalnych.
Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).
