低水頭大流量廠壩聯(lián)合泄洪消能流場的研究.pdf

1、隨著水力資源的開發(fā),可利用的高水頭資源已經(jīng)越來越少,所以低水頭水電開發(fā)逐漸引起各方面的廣泛關(guān)注.在這種情況下,臥式燈泡貫流式機(jī)組因其效率高、單位流量大、單位轉(zhuǎn)速高、尺寸小、土建投資省、運行性能好等技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,已被廣泛采用.同時限于壩址地形地質(zhì)條件,將樞紐布置成廠壩聯(lián)合泄洪的方式,這樣既解決了地形條件的限制,又節(jié)省了大量的資金投入. 為了建立大流量低水頭徑流燈泡式機(jī)組聯(lián)合泄洪消能問題的理論與應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ),使其能在我國低水頭水電建

2、設(shè)工程中具有廣闊的推廣應(yīng)用和參考價值,本文對該領(lǐng)域的國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行了綜述,通過二維斷面水工模型試驗和流場的數(shù)值模擬,系統(tǒng)的研究這種聯(lián)合泄洪消能形式的流態(tài)及分區(qū)、流速場的分布、時均壓力的分布等. 研究結(jié)果表明,當(dāng)溢洪道泄洪時,模擬電站出流的底孔過流和不過流時,影響泄流量的因素是不同的.當(dāng)?shù)卓撞贿^流時,流量只與上游水位有關(guān)；當(dāng)?shù)卓走^流時,流量與上下游水位均有關(guān)系.大流量低水頭廠壩聯(lián)合泄洪的下游流場的流態(tài)可劃分為四種基本流態(tài),流態(tài)

3、的變化受下游水位影響顯著.當(dāng)?shù)卓走^流時,底孔出流形成的出流流場和表孔水舌潛入形成的底部回流流場疊加,與表孔單獨泄洪相比,底部旋流區(qū)區(qū)域減小并后移,底孔出口的水流脈動減小,對電站的正常運行有利. 在流速分布方面,下游流速主要集中在水體表面,沿水深分布的特點是底流速小、表流速大,沿程逐漸均化.底孔出流量越大,底孔出口附近流速分布越明顯,底部回流區(qū)范圍也越大；在壁面時均壓強(qiáng)方面,表孔壓強(qiáng)分布符合常規(guī)寬頂堰和反弧挑坎的壓強(qiáng)分布規(guī)律,下游

4、底板壓強(qiáng)主要受下游水位影響,且與水深成正比,底孔壁面時均壓強(qiáng)與底孔過流量大小有關(guān),上、側(cè)、下壁面壓強(qiáng)呈依次增大的趨勢. 在模型試驗的基礎(chǔ)上,通過fluent流體計算軟件分別對各種流態(tài)下底孔過流和不過流時進(jìn)行了數(shù)值模擬,確定了計算區(qū)域并劃分了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,選取了k-ε紊流模型和VOF法進(jìn)行計算.從試驗結(jié)果與計算結(jié)果的對比可以看出,二者的壓強(qiáng)、流速等水力特性在大部分區(qū)域吻合較好,紊動能和耗散率的沿水深斷面和沿程分布的數(shù)值模擬結(jié)果表明聯(lián)