旬阳水电站左五孔泄洪冲砂闸消力池体型研究

摘要

目前，我国在消能防冲方面取得了较多成果，大部分高水头、大单宽流量水利枢纽的泄洪消能问题得到了解决。随着水电资源的开发，水头较高的水电资源越来越少，低水头闸坝式电站的开发成为水电建设的主要方向。但是这类泄水建筑物多具有水头低、单宽流量大、弗劳德数低、尾水深以及下游水位落差变幅大等特点，因此闸坝工程在枢纽布置和闸下消能等方面的问题显得特别突出。如何合理的布置枢纽以满足泄洪要求、选择合适的消能工以满足闸下消能，相关问题的解决在闸坝设计中显得尤为关键。 旬阳水电站工程最大坝高58m，左五孔设计最大单宽泄流量达161m2/s，属于典型的低水头、大单宽泄量闸坝式水利枢纽，下游采用底流消能，挖深式消力池。本文以该工程左五孔泄洪冲沙闸消力池为例，采用数值模拟与模型试验相结合的方法，探究闸坝式水利枢纽消力池内的水力特性，选择合适的消力池体型。主要研究成果如下： （1）旬阳水电站左五孔泄洪冲沙闸模型试验观测发现：在原设计方案下，其泄流能力基本满足设计要求，压强、流速沿程分布合理，但在部分局开工况且上下游水头差较大时，下泄水流不能经由挑坎挑射出去，在闸室内形成临门水跃，水流紊动剧烈，有可能对泄水建筑物安全运行造成影响。 （2）针对原设计方案存在的问题，通过水工模型试验对多个消力池体型进行研究分析与对比后，最终得到了消力池推荐体型，即采用在坝下0+84m处设置4.5m高的直墙式消力坎。推荐体型过水试验结果表明：中小流量泄洪时，水跃跃首后移至闸室末或闸室外，同时大洪水的泄洪消能效果也不受影响。 （3）为进一步分析消力池内水流的水力特性、得到池中连续的流场信息，运用FLOW-3D软件对不同体型消力池进行了数值模拟计算，得到了不同体型消力池内的水流流态、流速、能量耗散率等水力参数及其分布规律。 （4）将模型试验和数值模拟得到的结果进行对比分析，结果表明：数值模拟能较好地模拟水流在消力池中的水跃状态，数值模拟结果与物理模型试验结果基本符合，说明本次数值模拟计算选用的模型及方法合理。其研究结果可对本工程实践提供一定的指导，同时，还可供类似工程进行参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 工程概况

1.2 研究意义

1.3 研究现状

1.3.1 底流消能的发展

1.3.2 国内外研究现状

1.4.1 主要研究内容及方法

1.4.2 技术路线图

第二章 模型试验研究

2.1 模型试验设计

2.2 泄流能力率定

2.3 泄洪冲沙闸消力池原设计体型试验

2.3.1 水流流态

2.3.2 流速分布

2.3.3 压强分布

2.3.4 水面线

2.3.5 河道冲淤

2.3.6 小结

2.4.1 修改思路与要求

2.4.2 修改试验

2.4.3 修改试验综合分析

2.5 推荐体型局开试验

2.5.1 单孔开启试验

2.5.2 两孔开启试验

2.5.3 三孔开启试验

2.5 本章小结

第三章 数值模拟研究

3.1.1 CFD的发展

3.1.2 湍流模型

3.1.3 自由液面追踪

3.1.4 方程离散方法

3.2 研究内容

3.2.1 计算体型与工况

3.2.2 模型建立与网格划分

3.2.3 边界条件

3.3 数值模拟结果分析

3.3.1 压强

3.3.2 流速

3.3.3 水面线

3.4 本章小结

4.1 结果对比

4.1.1 水流流态及水面线对比

4.1.2 消力池出口流速和水跃高度对比

4.2 消力池内水力特性分析

4.2.1 不同高度消力坎中孔剖面流态

4.2.2 消力池平面流速分布

4.2.3 消力池底板水流湍流耗散率

4.2.4 入流弗劳德数与消能率

4.2.5 消力池出口断面流速分布

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1.1 结论

5.1.2 创新点

5.2 展望

附图

参考文献

致谢

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