老渡口水电站溢洪道进水渠水力特性数值分析

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随着经济建设和水利事业的蓬勃发展,为满足日益发展的电力及其它需求,我国相继出现一些巨型水利枢纽。在这些工程中,受地形地质、施工等因素的限制,有许多工程的泄水建筑物采取岸边式溢洪道。岸边式溢洪道的进水渠和溢流堰作为一个整体系统控制着下泄流量。不合理的进水渠布置更是引起闸室不均匀过流、闸后水跃、泄槽中产生严重的水流折冲,甚至威胁着泄水建筑物及其附近坝体的安全。我们在设计溢洪道进水渠时要尽量保证渠内水流能够平顺、稳定进入闸室。目前对岸边式溢洪道的研究焦点集中在控制段及消能段,而进水渠在整个溢洪道设计中的重要性未能引起足够的重视。对于实际工程中进水渠遇到的问题,一般都是通过模型试验解决某一片面问题。进水渠的设计基本采用经验,没有系统的研究。  本文首先对进水渠研究现状进行了总结,分析了进水渠内水流一般水力特性。验证了FLUENT数值模拟技术在研究进水渠方面的可行性后,运用此技术有针对性地模拟分析了进水渠内水流水力特性。主要研究内容及成果如下:  (1)建立老渡口水电站溢洪道进水渠及控制段三维数学模型,运用realizable k紊流模型及VOF自由水面处理技术对这一实际工程进行了数值计算。将计算结??果与物理模型试验提取结果进行对比分析,一方面率定了数模计算中各参数设置的正确性,另一方面也更全面地提取了物模所难以测得的有效数据。能够获取进水渠内更多、更广水力参数信息的FLUENT数模技术,为更加深入地分析渠内水流水力特性奠定基础。  (2)采取同样的设置方法,对几组不同渠内流速方案进行数值计算。计算结果表明:不改变进水渠型式和堰顶水头前提下,渠内流速越小,水流的流态越平顺、稳定,溢洪道的下泄流量也随着渠内流速的减小而呈增加趋势。工程设计中,在工程量允许范围内可考虑采用对渠底开挖的方法提高溢洪道的泄流能力。  (3)通过对几组导墙扩散角不变,而改变其长度方案模型的计算结果可知:椭圆弧导墙体型可以有效的提高溢洪道下泄能力。导墙长度越长,靠近闸室段的流态也相对越稳定。但当导墙长度增加至一定范围后,溢洪道的泄流量反而降低。工程设计中要考虑,过长的导墙增加了沿程水头损失,过大的渠内流速减小了溢洪道的泄流能力。
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