阶梯溢洪道是一种利用溢流面设置台阶来进行消能的新型消能工,与光滑溢洪道相比,因其具有消能效果明显、简化下游消力设施、节省投资等优点,所以已得到广泛的研究和应用。为了进一步讨论阶梯溢洪道紊流数值模拟和分析消能影响因素,本文以数值模拟为手段主要讨论了台阶高度、泄槽坡度、台阶形状对水力特性和相对消能率的影响,并初步对柔性衬护阶梯溢洪道内的水流进行了数值模拟,同时对绝对消能率公式、流速公式中的掺气影响系数进行了讨论和评价。本文结合VOF法,采用standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε三种模型对阶梯溢洪道进行数值模拟,并与实测结果进行对比,发现RNG k-ε模型的模拟效果和计算效率相对较好,且可行合理。为了分析、探讨影响阶梯溢洪道消能效果的因素,本文设计了几种不同台阶高度、泄槽坡度、台阶形状的模拟试验方案,通过数值模拟发现:当底坡、坝高相同时,在较小流量情况下,台阶高度的变化对相对消能率的影响较显著,在较大流量情况下,台阶高度的变化对相对消能率的影响较小;在试验范围内,当坡角在5.71°~33.69°时,存在某一台阶高度可以使相对消能率达到最大;当台阶高度、流量、坝高相同时,随底坡变缓,其相对消能率有所增大,但增幅较小,反映出底坡对相对消能率的影响较小;当底坡、流量、坝高相同时,不同的台阶形状(或台阶布置形式)之间的相对消能率有较大差异,说明台阶形状对相对消能率有一定的影响,其中,V形台阶、过渡式与外凸式台阶及直角形台阶的相对消能率较大,各台阶形状情况下相对消能率(η)大小排序为:ηV形>η过渡式≈η外凸式>η直角>η楔形>η削角>η修圆角。对于采用土工膜袋构成阶梯来进行消能的柔性衬护阶梯溢洪道,本文尝试采用VOF法与RNG k-ε模型结合的方式模拟了这种溢洪道内的水流,并对比了模拟结果与试验结果,发现二者基本相近,且总体趋势基本一致,说明采用上述方法来近似模拟分析柔性阶梯形衬护溢洪道的水流特性是可行的。在同流量同坡度情况下,对比土工膜袋倾斜向上放置形成的台阶和水平放置形成的台阶两种方案下的数值模拟结果,发现倾斜向上放置方案的泄槽末端平均流速较小,相对消能率较高。在试验数据的基础上,本文讨论评价了绝对消能率公式的适用性,并对汤升才的滑行流消能率公式进行了修正,提出了修正公式,修正后的结果较为接近实际消能率;讨论了罗启北的流速公式中掺气影响系数K,结合试验资料拟合曲线,在30°<θ<60°,0.72<dc/T<7.2的条件下,给出了K值的估算公式。