雙擺渡閘站工程水力特性數(shù)值模擬與模型試驗研究.pdf

1、雙擺渡閘站工程位于安徽省馬鞍山市扁擔河入長江口處，兼具抽排和自排功能，采用立面分層、平面不對稱閘站結合布置型式，前池水流流態(tài)復雜，易引起泵裝置效率降低、自排過流能力下降和形成泥沙淤積。本文采用數(shù)值模擬和模型試驗相結合的方法對雙擺渡閘站工程水力特性進行綜合分析研究，并提出優(yōu)化方案。本文主要研究內容如下:
　　(1)借助計算流體力學(CFD)軟件，采用N-S方程和標準k-ε湍流模型對原設計方案進行數(shù)值模擬。數(shù)值計算結果表明，該工程多工

2、況條件下前池存在斜流和泥沙淤積的問題，進水流道存在流速分布不均勻的問題。因此，原設計方案存在不足，需要對其進行改進優(yōu)化。
　　(2)針對原設計方案存在的不足，采用導流墩對其進行改進優(yōu)化。對加設20m、25m、30m和35m等4種長度的導流墩方案進行數(shù)值模擬研究，以壓迫主流的渦面積大小為控制條件對導流墩長度進行優(yōu)化分析，得出了前池導流墩的合理長度范圍。結果表明，合理長度導流墩能夠改善前池水流流態(tài)和進水流道流速分布，增強水流攜沙能力，

3、滿足整流需求。
　　(3)根據(jù)水工模型試驗規(guī)程，按照重力相似準則選定1∶25作為模型試驗比尺，按照糙率相似準則選用透明有機玻璃板及PVC灰板作為模型材料，采用正態(tài)模型對原設計方案典型工況下前池水流流態(tài)進行試驗研究，繪制了流態(tài)圖和流速分布圖。結果表明，該工程多工況條件下前池存在斜流和泥沙淤積的問題，與數(shù)值模擬結果一致。
　　(4)選取20m和28m長導流墩作為典型代表進行分析，采用模型試驗方法對數(shù)值模擬得出的導流墩合理長度范圍

4、進行驗證。結果表明，與原設計方案相比，采用合理長度導流墩后，前池水流流態(tài)明顯改善，水流攜沙能力明顯增強;數(shù)值模擬得出的導流墩合理長度范圍在25m～30m之間是可靠的。
　　(5)采用模型試驗方法對該工程下游消能防沖能力進行了研究，繪制了下游水面線示意圖。根據(jù)水流波動情況，得出了下游消能防沖設施布置基本合理的結論。
　　本文開展的雙擺渡閘站工程水力特性數(shù)值模擬和模型試驗的最終結果是一致的。數(shù)值模擬結果有效地指導了模型試驗研究，