新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000

1 工程概况

倒虹吸总长3.9km，全线由PCCP管及钢管组成，管径为3.5m，放空系统由放空钢管、消力井和溢流涵洞组成。放空钢管共3根，内径300mm，水平并列布置，间距1.3m。放空钢管上布置有闸阀，兼具控制与消能作用。钢管末端为半径0.6m的弯管，出口朝下，距消力井井底1.05m，其中，中间钢管出口位于竖井中心位置。消力井为圆形竖井，内径4m，高15.7m。消力井上部接溢流涵洞，涵洞断面为矩形，宽1.5m，高1.6m，坡度为1/200，涵洞起始端底板高程距消力井底部12.497m。涵洞末端与陡坡相接，将水排入下游河渠。

2 放空系统水力学数值模型

根据放空系统布置的水力特点，建立三维CFD数理模型，模型范围包括排水钢管（从工作闸阀后开始）、消能井和溢流涵洞。3根钢管起点为计算域进口，溢流涵洞终端为计算域出口。放空系统水流流动可认为是准稳态的不可压湍流流动，采用时均N-S方程描述，湍流模型采用RNGk-ε模型，溢流涵洞泄水自由面采用VOF技术捕捉。流动控制方程如下：

边界条件：进出口均为压力边界条件，进口压力根据有效工作水头及闸阀消能率计算给出，出口为自由出流。控制方程的离散采用有限体积法，速度与压力的解耦采用SIMPLE算法，对流项离散采用QUICK格式，体积分数离散采用修正的HRIC格式。

3 数值模型计算结果

针对闸阀的不同消能率进行数值模拟计算，计算工况如表1所示。

表1 计算工况表

（1）流态与流场。工况1和工况2消力井顶部及溢流涵洞均为明流，溢流涵洞水流平稳。……