高水頭無(wú)壓泄洪洞的水力特性研究.pdf

1、我國(guó)是水能資源十分豐富的國(guó)家，而目前及將來(lái)，大部分的水電開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都集中在西南地區(qū)，那里高山峽谷的地形使得大部分的水利樞紐都采用泄洪洞這種泄洪建筑物?；騿为?dú)修建泄洪洞，或?qū)⑴R時(shí)性工程導(dǎo)流隧洞改建為泄洪洞，一洞兩用，這是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的做法，在很多工程上得到了應(yīng)用。這類(lèi)泄洪洞大都存在一些共同的問(wèn)題：高水頭、明流、存在反弧段、挑流消能等，對(duì)這些問(wèn)題的深入研究對(duì)于工程應(yīng)用是很有必要的。
　　結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：

2、>　?。?）通過(guò)查閱資料，總結(jié)了高水頭明流泄洪洞的研究現(xiàn)狀，主要包括泄洪消能、摻氣減蝕和流態(tài)優(yōu)化等挑流消能是最常用的消能方式，挑坎形式多樣，有收縮式、擴(kuò)散式、差動(dòng)式和扭曲式等多種形式；摻氣是工程中減免空化空蝕的主要措施，前人提出了多種摻氣設(shè)施形式；為了優(yōu)化流態(tài)，明流泄洪洞體型均設(shè)計(jì)為流線型。明流泄洪洞的三維數(shù)值模擬方法也越來(lái)越成熟。
　?。?）介紹了明流泄洪洞數(shù)值模擬的一些基本理論。包括基本控制方程N(yùn)-S方程，湍流模型基本理論和適

3、用于泄洪洞數(shù)值模擬的兩方程湍流模型、多相流模型和專(zhuān)用來(lái)捕捉自由水面的VOF模型，以及一些控制方程的離散方法。
　?。?）以某高水頭明流泄洪洞實(shí)際工程的水力特性模型試驗(yàn)研究為依托，研究了在各種工況下泄洪水流的流量、沿程水深、流速、壓強(qiáng)、沖刷地形等，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果研究了不同摻氣設(shè)施的摻氣效果，優(yōu)化了泄洪洞體型。模型優(yōu)化后泄洪洞水力學(xué)特性良好。
　　（4）對(duì)該高水頭明流泄洪洞實(shí)際工程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。在ICEM軟件里劃分計(jì)算網(wǎng)格，

4、使用FLUENT軟件進(jìn)行計(jì)算；采用RNG k-ε模型模擬湍流，采用VOF方法追蹤自由水面；對(duì)經(jīng)模型試驗(yàn)優(yōu)化后的泄洪洞進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，給出了泄流量、水面線、流速和壓強(qiáng)的計(jì)算結(jié)果。對(duì)比較關(guān)注的泄洪洞龍?zhí)ь^段和摻氣坎附近底板及側(cè)壁的壓力特性等問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，二者的結(jié)論是一致的。
　　對(duì)泄洪洞的水力特性研究，可為以后類(lèi)似工程項(xiàng)目提供參考；對(duì)比數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了該數(shù)值模型，為以后此類(lèi)