溢興道泄消能試驗和數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國絕大多數(shù)水庫修建于20世紀50至70年代，受當時客觀條件限制，不少水庫設(shè)計和施工質(zhì)量＂先天不足＂，現(xiàn)在工程設(shè)施老化失修嚴重，大量水庫存在安全隱患，因此除險加固工程迫在眉睫。本文針對水庫除險加固溢洪道工程泄洪消能水力特性進行研究。利用計算流體動力學軟件Fluent為模擬平臺，選用k-ε紊流模型和兩相流VOF模型模擬自由水面，對臥虎山水庫溢洪道工程三維水流消能進行了模擬研究，并與水工模型試驗結(jié)果作了對比分析，選擇了優(yōu)化的溢洪道工程消能方

2、案。主要的內(nèi)容和研究成果有：
　　 (1)通過模擬整個溢洪道水域，得到了溢洪道泄流能力、水面線、堰面壓力及流速分布等水力特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且與物理模型試驗的結(jié)果吻合良好，這說明模擬計算中所采用的標準k-ε紊流模型與兩相流VOF模型對于模擬泄槽內(nèi)水流流態(tài)是可行的。
　　 (2)溢洪道控制段采用的堰型與泄流能力的大小相關(guān)。駝峰堰因其堰低、流量系數(shù)大等特點而被采用。經(jīng)過數(shù)值模擬可知駝峰堰堰面壓力分布呈“馬鞍型”，堰面壓力分布符

3、合急變流動水壓強的分布特點。由于駝峰堰屬于低堰，水流流經(jīng)堰面時縱向收縮不完全，因此水舌較厚，堰面壓力較大，無負壓產(chǎn)生。
　　 (3)對消能進行了深入的研究。首先是消能段紊流模型的選擇，對于精確模擬水流尤其是彎曲流線的水流紊流模型的選擇十分重要，紊流模型適用性分析的結(jié)果表明在水流經(jīng)過彎道時，采用Realizable k-ε紊流模型比標準k-ε紊流模型適用性更好，更能夠精細的模擬水流運動。其次是消能段位于彎道附近的問題，消力池的右岸

4、由于彎道的作用存在漩渦區(qū)和回流區(qū)，對于過流造成影響，通過加導(dǎo)流墻的方式有效的改善了不良流態(tài)，使得底流消能效率較為理想。最后是挑流消能的數(shù)值模擬，采用與底流消能相同的模型，模擬結(jié)果較好。
　　 (4)對比兩種消能方式，首先是消能效率的對比，挑流消能在不同泄流量情況下的消能效果均較好，而底流消能小流量下消力池效果較好，大流量下消能效果差；其次是對周圍河床及建筑物的危害程度的對比，挑流消能大量能量在空中和沖坑內(nèi)消殺，尾水流態(tài)對下游危害