寬尾墩和階梯溢流壩一體化數(shù)值模擬.pdf

1、把寬尾墩的技術(shù)應(yīng)用于階梯溢流壩，使之形成寬尾墩、階梯式溢流壩面和消力池相結(jié)合的一體化水工設(shè)施，這種新型消能方式兼有寬尾墩和階梯溢流壩面的優(yōu)點，小流量泄流時，可充分利用階梯旋滾消能，大流量泄流時，出閘室水流形成水翅，存在多個水氣交界面，墩后氣腔形成氣體卷吸，兩股水翅在空中發(fā)生碰撞，水氣摻混劇烈，消能率得到提高，其單寬流量比純階梯溢流壩可增大數(shù)倍，這種一體化設(shè)施的流場具有明顯的三維特性。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合模型實驗數(shù)據(jù)，對寬

2、尾墩、階梯溢流壩面和消力池一體化設(shè)施的三維流場進行了數(shù)值模擬，對存在的部分問題進行了探討，對設(shè)計具有一定的參考意義。本文主要的研究內(nèi)容和研究成果有： ①寬尾墩和階梯溢流壩一體化水工設(shè)施流場的三維數(shù)值模擬在相關(guān)的文獻中未見報道，本文首次成功地模擬了其三維流場，模擬得到了墩后水翅、階梯面挑射水舌和摻氣腔體以及階梯面上的旋滾等，重現(xiàn)了拋物線型水氣交界面。并對網(wǎng)格生成進行了研究，提出了針對復(fù)雜水工建筑物網(wǎng)格生成應(yīng)遵循的三種方法。

3、 ②本文的研究結(jié)合索風(fēng)營水電站實際工程，該工程第一次采用了X型寬尾墩。通過對X型和Y-Ⅱ型寬尾墩兩種墩型的對比，表明X型寬尾墩在小流量泄洪時，水流不受寬尾墩影響，充分利用階梯溢流壩旋滾消能，大流量泄洪時，水流以收縮射流形式下泄，利用水翅在空中的碰撞摻混提高消能效果。 ③數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在第一級臺階垂直面與溢流壩面交接處存在負(fù)壓，這是過去的實驗中未測到的，根據(jù)數(shù)值模擬提供的負(fù)壓位置，在模型中重新布置測點，驗證了負(fù)壓的存在。對可能出現(xiàn)的

4、空化空蝕問題進行了初步探討，結(jié)果表明雖然第一級臺階垂直面與溢流壩面交接處以及第八級臺階以后臺階面的水平面與立面交接處均發(fā)生了空化現(xiàn)象，但造成這兩處邊壁表面的空蝕破壞可能性不大。 ④對比分析了X型寬尾墩+階梯溢流壩面+消力池一體化設(shè)施在不同單寬流量下的流場特性。對寬尾墩+階梯溢流壩+消力池一體化設(shè)施墩后水流的流速場進行了分區(qū)描述。墩后水流形成主流速區(qū)、階梯漩滾區(qū)、墊層區(qū)和摻氣區(qū)四個主要流速區(qū)，消力池中形成底流區(qū)、低速區(qū)和面流區(qū)。

5、 ⑤從水力學(xué)特性的角度通過基本公式的推導(dǎo)，結(jié)合己建工程的實際應(yīng)用情況，得到挑射水舌挑距的估算公式，分析了堰面坡度角和挑坎高度對挑射水舌的距離以及水舌與階梯面的碰撞消能率的影響。推導(dǎo)出兩支水翅的碰撞點位置、碰撞點與閘室出口水面的高差以及消能率等的估算公式，并分析了寬尾墩收縮角對這些參數(shù)的影響。 ⑥對底部水舌、上部水翅和中部水體的不同消能特點進行分析，給出了各部分消能率的計算公式，并對比了X型寬尾墩、Y-Ⅱ型寬尾墩和無寬尾墩三