多洞聯(lián)合挑流泄洪流場及下游沖刷的數(shù)值模擬研究.pdf

1、泄水建筑物作為水利工程中一個重要的組成部分，主要承擔著原河道洪水正常宣泄的重要任務。在傳統(tǒng)的消能方式中，挑流消能是一種比較經(jīng)濟，施工方便的消能形式，特別適用于尾水較低且基巖條件較好的情形。在挑流鼻坎和水流的共同作用下，河床會發(fā)生局部沖刷，嚴重時甚至導致下游河床沖毀從而引起水利樞紐的破壞。但是，由于流場及泥沙運動的復雜性，挑流水舌沖刷情況往往難以精確計算，大部分研究都是依據(jù)模型試驗來解決。然而，隨著數(shù)值計算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬逐漸成為對泄

2、水建筑物及其水力特性強有力的研究手段。
　　在正確的邊界條件、合理的網(wǎng)格劃分以及恰當?shù)臄?shù)學模型選擇的前提下，數(shù)值模擬能夠真實反映模擬對象的水力特性。本文從N-S方程出發(fā)，采用有限體積法離散控制方程，比較多種湍流模型的優(yōu)缺點，選擇了RNG k?ε紊流模型，并結(jié)合VOF法處理自由水面，網(wǎng)格均采用結(jié)構(gòu)化非均勻矩形網(wǎng)格。
　　本文在回顧前人研究成果的基礎上，基于商業(yè)軟件FLOW-3D和Gambit首先對矩形薄壁量水堰、琴鍵堰流場及單

3、丁壩周圍的局部沖刷進行了三維數(shù)值模擬研究，驗證了采用該軟件對此類建筑物進行數(shù)值模擬的可行性，然后重點研究了九甸峽水電站泄水建筑物右岸泄洪洞、左岸雙洞式溢洪洞出口及下游河床的流場和沖刷情況，詳細分析了原設計方案與優(yōu)化方案在設計（兩種運行組合）與校核工況下挑流流場的水流流態(tài)、流速分布、水舌挑距及河床沖淤形態(tài)等方面。模擬結(jié)果表明，本文所采用的數(shù)學模型和數(shù)值方法可以很好地模擬泄洪洞及溢洪洞下泄水流沖刷河床的動態(tài)過程，對比兩種方案可知，優(yōu)化方案優(yōu)