穆 亮，高学平

(天津大学建筑工程学院，天津300072)

在各种泄洪消能方式中，采用较多的是挑流消能。在挑流消能布置中，挑流鼻坎的体型是决定消能效果的控制因素之一。工程中常用的挑坎形式主要有顺直挑坎、横向扩散挑坎、窄缝挑坎和差动式挑坎等，其中，横向扩散挑坎、窄缝挑坎和差动式挑坎主要是促使水舌沿横、竖向拉开［1］。

本文采用VOF方法、立方体网格、紊流模型模拟了某溢洪道三维流场，对溢洪道挑流鼻坎形式及水力特性进行了研究，为挑流鼻坎设计及优化提供了依据。

1 研究对象

某溢洪道工程设计洪水按100年一遇取值，泄洪流量1 290 m3/s，对应单宽流量45.8 m3/(s·m);校核洪水按1 000年一遇取值，泄洪流量1 950 m3/s，对应单宽流量69.3 m3/(s·m)。原设计方案为高低式挑流鼻坎，如图1(a)，优化方案为在原方案低坎处设置差动齿，将高坎中部高程降低，形成共5个齿槽，齿槽均成窄缝出流，收缩比采用0.25，如图1(b)。

2 控制方程及边界条件

2.1 控制方程

VOF(Volume of Fluid)法［2，3］是求解不可压缩、黏性、瞬变和具有自由面流动流体的一种数值方法，适用于2种或多种互不穿透流体间界面的流体的跟踪计算。模型对每一相引入体积分数变量αq，通过求解每一控制单元内体积分数值确定相间界面。设某一控制单元内第q相体积分数为αq(0≤αq≤1)。则αq=0时，控制单元内无第αq相流体;αq=1时，控制单元内充满第q相流体;0＜αq＜1时，控制单元包含相界面。每个控制单元内各相体积分数之和等于1。

引入VOF模型的k-ε紊流模型基本控制方程［4］如下:

(1)连续性方程

图1 某溢洪道立……