對(duì)稱曲面貼角窄縫挑坎水力特性數(shù)值分析.pdf

1、隨著我國(guó)高壩建設(shè)的迅速發(fā)展,泄水建筑物的消能問題亦愈發(fā)突出。實(shí)踐表明,窄縫消能工突破了常規(guī)等寬鼻坎消能工的傳統(tǒng)模式,利用挑坎兩側(cè)側(cè)墻的收縮使水流縱向擴(kuò)散,加劇水流紊動(dòng)使其充分摻氣,提高了消能率,從而達(dá)到減輕下游河床沖刷的目的。目前,窄縫消能工已成功地應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外高水頭泄水建筑物中,成為一種高效的消能工。然而,由于窄縫消能工水流的復(fù)雜性以及受來流及下游邊界條件的影響,窄縫消能工的設(shè)計(jì)與運(yùn)用尚沒有較完善的分析方法及較統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)公式,仍主要依

2、賴于水力學(xué)模型試驗(yàn)研究成果。近年來,隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高,采用數(shù)值模擬來對(duì)窄縫消能工進(jìn)行模擬研究己成為一種新的趨勢(shì),利用數(shù)值模擬計(jì)算和物理模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)窄縫消能工的水力特性及消能效果進(jìn)行研究是今后研究的方向。
　　為了進(jìn)一步探討窄縫消能工的水力特性,在收集整理國(guó)內(nèi)外關(guān)于窄縫消能研究成果的基礎(chǔ)上,以老渡口溢洪道為研究對(duì)象,采用物理模型試驗(yàn)與三維數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法進(jìn)行了較為深入的研究。物理模型采用1:70水工模型,對(duì)

3、不同來流工況下的水力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)分析,得出了有關(guān)壓力分布、水舌空中形態(tài)、下游河床沖刷等水力學(xué)特性的基本規(guī)律,論證了老渡口溢洪道窄縫消能工體型參數(shù)選擇的合理性,進(jìn)一步豐富了窄縫消能工學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究成果。數(shù)學(xué)模型采用了RNG～k?紊流模型,利用VOF方法追蹤自由表面,采用標(biāo)準(zhǔn)六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,利用大型流體力學(xué)計(jì)算軟件 Flow3D對(duì)老渡口溢洪道進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,得到了水面線、壓力及流速等水力參數(shù)的分布規(guī)律,并將數(shù)值模擬成果與物理模型試

4、驗(yàn)成果進(jìn)行了對(duì)比分析,其結(jié)果基本基本一致。
　　本文主要針對(duì)老渡口水電站岸邊式溢洪道設(shè)計(jì)中采用的三種挑坎型式進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,通過對(duì)比分析總結(jié)了三種挑坎的特點(diǎn),突出了曲面貼角窄縫挑坎水力特性,也為最終方案提供參考依據(jù)。同時(shí),為揭示曲面貼角窄縫挑坎復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征對(duì)過流的影響,選取四個(gè)主要參數(shù),每個(gè)參數(shù)選取四組方案進(jìn)行對(duì)比分析,得出挑坎的四個(gè)參數(shù)對(duì)水舌形態(tài)的影響規(guī)律。同時(shí)對(duì)水舌出坎挑角、挑距、擴(kuò)散消能進(jìn)行了有益的探討。
　　研