宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟

论文题目: 宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟

论文类型: 博士论文

论文专业: 水利水电工程

作者: 张挺

导师: 伍超

关键词: 宽尾墩,水气交界面,阶梯溢流坝,数值模拟,负压

文献来源: 四川大学

发表年度: 2005

论文摘要: 把宽尾墩的技术应用于阶梯溢流坝,使之形成宽尾墩、阶梯式溢流坝面和消力池相结合的一体化水工设施,这种新型消能方式兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的优点,小流量泄流时,可充分利用阶梯旋滚消能,大流量泄流时,出闸室水流形成水翅,存在多个水气交界面,墩后气腔形成气体卷吸,两股水翅在空中发生碰撞,水气掺混剧烈,消能率得到提高,其单宽流量比纯阶梯溢流坝可增大数倍,这种一体化设施的流场具有明显的三维特性。本文在总结前人研究成果的基础上,结合模型实验数据,对宽尾墩、阶梯溢流坝面和消力池一体化设施的三维流场进行了数值模拟,对存在的部分问题进行了探讨,对设计具有一定的参考意义。本文主要的研究内容和研究成果有: ①宽尾墩和阶梯溢流坝一体化水工设施流场的三维数值模拟在相关的文献中未见报道,本文首次成功地模拟了其三维流场,模拟得到了墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体以及阶梯面上的旋滚等,重现了抛物线型水气交界面。并对网格生成进行了研究,提出了针对复杂水工建筑物网格生成应遵循的三种方法。②本文的研究结合索风营水电站实际工程,该工程第一次采用了X型宽尾墩。通过对X型和Y-Ⅱ型宽尾墩两种墩型的对比,表明X型宽尾墩在小流量泄洪时,水流不受宽尾墩影响,充分利用阶梯溢流坝旋滚消能,大流量泄洪时,水流以收缩射流形式下泄,利用水翅在空中的碰撞掺混提高消能效果。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1．1 概述

1．2 阶梯溢流坝的研究简介

1．3 宽尾墩的研究现状

1．3．1 宽尾墩的发展

1．3．2 宽尾墩的研究

1．3．2．1 水力计算方法

1．3．2．2 实验研究

1．3．2．3 原型观测

1．4 宽尾墩和阶梯溢流坝一体化应用及研究现状

1．4．1 福建水东水电站

1．4．2 云南大朝山水电站

1．4．3 广西百色水电站

1．4．4 贵州索风营水电站

1．5 本文的研究内容及方法

本章小结

2 宽尾墩联合消能工的应用

2．1 宽尾墩与堰顶收缩射流

2．2 宽尾墩消能工增进消能的原理

2．3 宽尾墩-挑流联合消能工

2．3．1 工程应用背景-潘家口水库

2．3．2 流动特征及消能效果

2．4 宽尾墩-消力池联合消能工

2．4．1 工程应用背景-安康水电站

2．4．2 流动特征及消能效果

2．5 宽尾墩-底(中)孔(挑流)-消力池联合消能工

2．5．1 工程应用背景-五强溪水电站

2．5．2 流动特征及消能效果

2．6 宽尾墩-戽式消力池联合消能工

2．6．1 工程应用背景-岩滩水电站

2．6．2 流动特征及消能效果

2．7 宽尾墩联合消能工的几个问题

本章小结

3 采用的紊流数值模拟理论及工程应用背景

3．1 本文采用的紊流数值模拟理论及数值方法

3．1．1 紊流模型的研究概况

3．1．2 分层两相流的k-ε模型

3．1．3 数值求解算法

3．2 工程应用背景

3．2．1 索风营水电站工程概况

3．2．2 宽尾墩几何参数及X 型宽尾墩的提出

3．3 宽尾墩和阶梯溢流坝一体化设施水流特点

3．4 宽尾墩和阶梯溢流坝一体化设施数值模拟的关键问题

3．5 模拟区域网格划分

本章小结

4 宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟与实验成果

4．1 计算模拟区域及边界条件的设定

4．1．1 计算模拟区域

4．1．2 边界条件设定

4．2 模型实验装置

4．3 大曲率水气交界面模拟及流动特征

4．4 沿程压力分布

4．5 坝面水流挑射及墩后气体卷吸特性

4．6 空化空蚀问题初步探讨

4．7 FLUENT 软件在水利工程应用中应注意的问题

本章小结

5 不同单宽流量下计算成果

5．1 泄洪工况及计算条件

5．2 计算成果及分析

5．2．1 闸室及WES 溢流坝面

5．2．2 宽尾墩墩体

5．2．3 阶梯溢流坝面

5．2．4 消力池

本章小结

6 墩型、挑坎高度、堰面坡度、收缩角及消能率研究

6．1 不同墩型宽尾墩

6．1．1 X 型与Y-Ⅱ型宽尾墩体型

6．1．2 阶梯面空腔

6．1．3 水力参数对比分析

6．2 挑坎高度、堰面坡度与挑射水舌

6．3 宽尾墩收缩角θ与水翅碰撞点位置

6．4 消能率分析

本章小结

7 结束语

7．1 成果总结

7．2 进一步的工作

参考文献

主要符号表

作者在读期间参加的科研项目、发表的论文及获奖情况

声明

致谢

发布时间: 2006-05-12

宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟

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