表、底孔聯(lián)合泄洪消能的三維流場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、底流消能作為一種基本的消能形式，在國內(nèi)外水利工程中的應(yīng)用十分廣泛。底流式泄洪設(shè)施的布置與設(shè)計(jì)，直接影響消力池的水流流態(tài)與消能效率，更與下游河床的局部沖刷密切相關(guān)。因此，對(duì)底流消能式泄水建筑物體型與布置方案的優(yōu)化研究，對(duì)保證工程大壩安全泄洪具有十分重要的意義。
　　本文基于標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、VOF自由表面捕捉技術(shù)，結(jié)合某大型水電站表、底孔泄洪設(shè)施的物理模型試驗(yàn)，對(duì)其三維流場(chǎng)原設(shè)計(jì)方案2000年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)、500年一遇設(shè)計(jì)洪水

2、標(biāo)準(zhǔn)、50年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和10年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)共4種工況進(jìn)行數(shù)值模擬研究，獲得了表孔溢流壩面，底孔泄洪洞及消力池內(nèi)水流流速，水面線，壓力等水力特性，并與水工模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)方案消力池內(nèi)水流波動(dòng)大，流場(chǎng)紊亂，出池水流二次跌落大且主流下潛，橫向擴(kuò)散不充分。在相應(yīng)的物理模型上，下游河槽發(fā)生了嚴(yán)重的沖刷，沖刷最嚴(yán)重的右岸坡及表孔左導(dǎo)墻下游，恰好是右岸主流貼岸及左岸回流壓迫區(qū)。本研究進(jìn)一步通過改進(jìn)消力池體型，保留底

3、孔與表孔消力池間施工導(dǎo)流墻等措施，對(duì)優(yōu)化方案500年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、50年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、10年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)和2年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)4種工況進(jìn)行模擬，計(jì)算發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化方案顯著改善了消力池及出池水流流態(tài)，出池水流二次跌落減小，下潛程度大為減弱，出池主流水平擴(kuò)散較為充分，橫向擠壓等得到充分的抑制。相應(yīng)地物理模型上河床沖刷的范圍及深度均大為減小，特別是原設(shè)計(jì)方案底孔側(cè)對(duì)應(yīng)右岸區(qū)域幾乎沒有發(fā)生沖刷。
　　研究表明，采用數(shù)學(xué)模型的方法可