深孔近壁紊流发展对闸孔过流能力的影响

来源：水资源与水工程学报杂志2025年第2期北京时间：

作者：阮艳平，邱勇，马德坡，季伦永，孔德鑫

单位：（云南农业大学水利学院

摘要：高水头水利枢纽中深式泄水孔的泄流能力对工程安全性具有直接影响。采用RNG k-ε湍流模型模拟了深孔弧形闸门全开（1.20 m）状态下闸前水流的紊动特性。结果表明：随着作用水头的增加，近壁区域水流速度梯度增大，近壁紊流层厚度相应增加，紊流时均切应力也随之增大，导致水流紊乱程度加剧和能量耗散显著增加。具体而言，当作用水头从12.5 m增加到52.5 m时，闸前近壁紊流层的最大厚度增加了67%，最大切应力增加了4.57倍，最大紊动强度增加了89%，而紊流动能耗损则增加了5.50倍。过闸水流在上述紊动特性的综合影响下，其流量系数随作用水头的上升先增大后减小（由0.915增至0.931后又下降至0.930）。在作用水头为42.5 m时，表征闸孔过流能力的流量系数达到最大值。然而，随着作用水头继续增加，尽管闸孔过流量继续增大，但增幅持续减小，表明闸孔超泄能力进一步下降。因此，随着作用水头的增加，深孔近壁紊流层厚度增加（有效过流面积减少），紊动强度加大，导致闸前水流的能量耗散增加，从而使流量系数的增长率减小甚至出现负增长，在深孔泄流能力计算中应考虑这一因素。

关键词：深式泄水孔,过流能力,近壁紊流层,能量耗散,紊流时均切应力

基金资助：兴滇英才支持计划项目（202201788）