泄水建筑物闸墩尾部水翅现象研究

摘要

水翅现象在溢洪道的闸室闸墩尾部的泄槽段等位置时有发生。它的存在，尤其是在高坝大流量高流速的情况下，将给溢洪道的边墙与泄槽底板以及下游消能设施带来严重的危害，造成巨大的经济损失。但由于水翅的发生机理复杂，自由面等边界条件难于模拟，研究难度大。针对这一现象国内外尚无完整的理论与设计方法，因此目前主要采取在模型试验的基础上逐步改进的方法来解决这一问题。 本文以老渡口水电站工程溢洪道闸室中墩后产生的水翅现象为主要研究对象，分别从物理模型模拟和数值模拟的角度对其进行探讨，并采取改变闸墩尾部形状的方法对工程设计方案加以改进与优化，其主要内容如下： （1）根据原始设计方案建立老渡口水电站整体水工模型。研究不同流量条件下溢洪道闸室中墩尾部水翅的形态，得到水翅产生与发展的规律。综合考虑各种影响工程设计与施工的因素，改变中墩尾部的形状，运用统计方法分析不同形状下模型试验的观测数据，得到比较理想的适用于工程实际的改进措施。 （2）在物理模型试验的基础上引入数值分析。采用标准ε ? k 双方程模型，运用目前通用的商业软件做数值计算，进行流场的数值模拟。从而得出水翅流场的特征与运动规律，从形成机理角度对水翅现象加以分析研究。分析各种闸墩尾部形式对流场的作用，对比物理模型试验结果，从不同角度对工程设计进行优化研究，同时深入地阐述水翅现象的基本原理。