基于不同拋物線方程泄洪洞體型的試驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、水利工程中,泄水建筑物底坡變化較大,高程需急劇降低時,常采用渥奇曲線銜接上下游,以避免水流脫離底板發(fā)生空蝕,如明流泄洪洞、壩身泄水孔出口處等,此時渥奇段起著承上啟下,平順?biāo)鞯淖饔?。工程設(shè)計中,渥奇段常設(shè)計成拋物線形式,拋物線方程系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗及工程重要程度選定,具有較大的不確定性。由于受水流離心力作用,渥奇段形狀對溢流面的壓力及流速分布有較大影響,若選擇不合理容易引起不良水力現(xiàn)象發(fā)生。因而,研究合理渥奇段體型,有著重要的實際意義。

2、>　　 渥奇段在泄洪洞中得到了最廣泛的應(yīng)用,泄洪洞研究中,許多重要的數(shù)據(jù)都由原型觀測、水工模型試驗得來,但原型觀測限制條件較多,水工模型試驗亦有許多不足之處。隨著計算機技術(shù)及計算流體力學(xué)理論的發(fā)展,數(shù)值模擬越來越多地應(yīng)用于泄洪洞研究上。相比模型試驗,數(shù)值模擬計算不僅可以節(jié)省大量時間、資金,還可以提供翔實的數(shù)據(jù)、資料,更可以不必考慮縮尺影響,直接對原型進行模擬計算。
　　 本文利用水工模型試驗、數(shù)值模擬技術(shù),結(jié)合理論分析,對渥奇

3、段體型進行了研究,得到了揭示泄洪洞水頭、單寬流量與渥奇曲線系數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗公式,主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 首先,借助模型試驗對某電站泄洪洞原體型泄流能力、渥奇曲線壁面壓力等進行研究,得到了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),通過試驗及理論分析指出原體型存在的不合理之處,并有針對性的進行了體型優(yōu)化試驗:
　　 其次,通過數(shù)值模擬對泄洪洞優(yōu)化體型水流流態(tài)、壁面壓力進行了模擬研究,數(shù)值模擬的結(jié)果與模型實驗實測數(shù)據(jù)吻合良好,說明本文采用的數(shù)值

4、計算方法真實可靠。利用數(shù)值模擬計算得到了不同水頭、單寬流量下的臨界渥奇系數(shù),指出根據(jù)臨界渥奇系數(shù)原理選擇渥奇系數(shù)的意義所在:
　　 最后,利用剛體拋物理論,對水平及俯沖射流進行了分析,推導(dǎo)出了自由射流水舌運動軌跡方程,初步分析確定了影響渥奇段體型的因素。搜集國內(nèi)泄洪洞渥奇段方程、設(shè)計水頭、流量等數(shù)據(jù),結(jié)合模型試驗及數(shù)值計算成果,分析擬合得到了可用于渥奇系數(shù)選擇的經(jīng)驗公式,經(jīng)與工程實際選用的渥奇系數(shù)比較,證明本文公式具有較高的準(zhǔn)確