三河口水利枢纽泄洪建筑物水力特性研究

摘要

近年来，在我国西南高山峡谷地区，修建了一大批高水头、大泄量、高泄洪功率的超高坝工程，随之暴露了一系列问题，例如，枢纽上游蓄水造成两岸地质滑坡问题、枢纽下游严重雾化引起下游河道边坡稳定问题及下游河道严重的局部冲刷及沿程冲刷问题等。因此，根据具体工程位置及特点，合理设计泄洪建筑物布置、优化泄洪建筑物体型，对于保障枢纽工程安全运行和正常效益发挥具有非常重要的意义。
　　本文以“引汉济渭”工程调蓄中枢工程——三河口水利枢纽为研究对象，通过物理模型试验，对原设计方案及推荐方案泄水建筑物水力特性进行了试验研究;并采用RNGk-ε紊流模型和VOF模型对泄洪底孔窄缝挑坎的水力特性及中表孔泄流水垫塘底板脉动压力进行了三维数值模拟，取得以下主要研究成果:
　　(1)原方案表、底孔泄流能力满足设计要求;表孔水舌横向扩散充分，底孔水舌纵向拉开良好;中孔水舌落点最远，水舌呈单层横向扩散;左右表孔水舌挑距略小，水舌呈前后两层扩散。原设计方案存在的主要问题:两底孔水舌末端落点较近，没有完全分开;左表孔及中表孔水舌时常砸到水垫塘边坡;校核水位时，局部水垫塘底板承受的冲击压力超过了15×9.8kPa的要求;闸门启闭瞬间，左表孔泄流齿坎右边角时有滴水砸落到底孔闸房。
　　(2)推荐方案较好的解决了原方案存在的问题，但因左右表孔水舌落点有些交叉，导致底板局部脉动压力强度较大。在表孔水舌已充分扩散的情况下，提出了增加下游水垫深度以减小水垫塘底板脉动压力强度的建议及实施方案。
　　(3)模拟得到的泄洪底孔窄缝挑坎射流水舌挑距、纵向入水长度、最高点高程及洞身段压力值均与模型试验实测值吻合良好。
　　(4)模拟得到的脉动压力时均值、脉动压力强度、概率密度分布和功率谱密度与物理模型试验结果吻合较好，说明采用数值模拟方法研究水垫塘底板脉动压力是可行的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 泄洪消能研究概况

1．2．2 水垫塘研究概况

1．3 本文的主要工作及内容

第二章 泄洪建筑物水力特性试验研究

2．1 工程概况

2．2 模型设计制作

2．2．1 模型设计

2．2．2 模型制作

2．2．3 下游覆盖层模拟

2．3 模型试验仪器及工具

2．4 原方案试验观测

2．4．1 泄洪建筑物体型布置

2．4．2 原方案观测成果

2．4．3 原方案观测成果分析

2．5 推荐方案试验观测

2．5．1 泄洪建筑物体型布置

2．5．2 推荐方案观测成果

2．5．3 推荐方案观测成果分析

2．6 小结

第三章 水垫塘底板脉动压力数值模拟研究

3．1 FLOW-3D软件简介

3．1．1 控制方程

3．1．2 紊流模型

3．1．3 自由液面处理

3．2 计算模型建立

3．2．1 计算区域及网格划分

3．2．2 边界条件设置

3．2．3 计算参数设置

3．3 计算结果验证

3．3．1 时均压力及脉动压力强度

3．3．2 脉动压力概率密度分布

3．3．3 脉动压力的频谱分析

3．4 小结

第四章 窄缝底孔水力特性数值模拟研究

4．1 计算模型建立

4．1．1 计算区域及网格划分

4．1．2 边界条件设置

4．1．3 计算参数设置

4．2 计算结果分析

4．2．1 底孔压力值

4．2．2 窄缝挑坎射流形态

4．2．3 窄缝挑坎边墙冲击区流态

4．2．4 射流流速沿程分布

4．2．5 窄缝挑坎边墙压力分布

4．3 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 不足及展望

参考文献

致谢

作者简介