Аннотация

Целью исследований было совершенствование формы концевого участка гидродинамического регулятора расхода по нижнему бьефу с целью увеличения диапазона регулирования по напорам. Предложена усовершенствованная конструкция гидродинамического регулятора расхода, предусматривающая применение в качестве концевого участка прямоугольного диффузора со степенью расширения 4, с углами горизонтального и вертикального расширения 30° и 5° соответственно, при наличии направляющих лопаток. Исследование новой конструкции проводилось с использованием экспериментального, численного и теоретического методов исследований. Моделирование свободной поверхности течения произведено с использованием двухфазного взаимодействия Volume of Fluid с гравитационной составляющей; двухфазная среда рассматривалась как однофазная текучая среда, свойства которой изменяются согласно объемной доле каждой из присутствующих фаз. Модель турбулентности, используемая в расчетах, основана на решении осредненных уравнений Рейнольдса. Турбулентность моделировалась со стандартным набором констант. С целью верификации полученных результатов при численном моделировании течения жидкости проведен физический эксперимент в зеркальном гидравлическом лотке. Лабораторным экспериментом подтверждена правильность численного моделирования, а также выбор базового размера расчетной сетки. Проведенный анализ результатов по трем методам исследований показал, что полученные значения хорошо согласуются друг с другом с погрешностью менее 5 %. Предельное значение относительного коэффициента расхода транзитного потока, соответствующее выравниванию горизонтов воды в камере слияния и нижнем бьефе, составляет μ´пред. = 0,77, что соответствует отношению управляющего и транзитного расходов 0,11, то есть снижению пропускной способности на 23 %. Диапазон регулирования по напорам увеличен на 10,5 % по сравнению с конструкциями регуляторов расхода, предложенными С. И. Хусни.

Ключевые слова: трубчатый водовыпуск, гидротехнические сооружения, гидродинамический регулятор, диффузор, направляющие лопатки, степень расширения.