多洞聯(lián)合挑流泄洪流場(chǎng)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(gè)重要的組成部分，主要承擔(dān)著原河道洪水正常宣泄的重要任務(wù)。在傳統(tǒng)的消能方式中，挑流消能是一種比較經(jīng)濟(jì)，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(huì)發(fā)生局部沖刷，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致下游河床沖毀從而引起水利樞紐的破壞。但是，由于流場(chǎng)及泥沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，挑流水舌沖刷情況往往難以精確計(jì)算，大部分研究都是依據(jù)模型試驗(yàn)來解決。然而，隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬逐漸成為對(duì)泄

2、水建筑物及其水力特性強(qiáng)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(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型選擇的前提下，數(shù)值模擬能夠真實(shí)反映模擬對(duì)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(diǎn)，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(chǔ)上，基于商業(yè)軟件FLOW-3D和Gambit首先對(duì)矩形薄壁量水堰、琴鍵堰流場(chǎng)及單

3、丁壩周圍的局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究，驗(yàn)證了采用該軟件對(duì)此類建筑物進(jìn)行數(shù)值模擬的可行性，然后重點(diǎn)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(chǎng)和沖刷情況，詳細(xì)分析了原設(shè)計(jì)方案與優(yōu)化方案在設(shè)計(jì)（兩種運(yùn)行組合）與校核工況下挑流流場(chǎng)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(xué)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(dòng)態(tài)過程，對(duì)比兩種方案可知，優(yōu)化方案優(yōu)