【摘要】：在水平旋流泄洪洞內(nèi)增設(shè)阻塞-漸擴(kuò)設(shè)施,可對(duì)水平旋流洞段起到明顯的增壓減速效果,消除高水頭下起旋器出口部位出現(xiàn)的負(fù)壓,改善洞內(nèi)水流空化條件,同時(shí)洞內(nèi)消能率可得到顯著提升。由于洞內(nèi)空腔旋轉(zhuǎn)水流的復(fù)雜性,本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金“旋流阻塞與旋流擴(kuò)散復(fù)合內(nèi)消能工強(qiáng)剪切兩相流水力特性研究”,采用模型試驗(yàn),以及RNGk-ε雙方程紊流模型和VOF兩相流模型的數(shù)值模擬方法,對(duì)旋流阻塞泄洪洞的空腔旋流進(jìn)行了研究。主要成果有:(1)對(duì)阻塞空腔旋流的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了分析探討,選擇了可適用于旋轉(zhuǎn)氣水兩相流流動(dòng)的模擬方法,數(shù)值模擬與試驗(yàn)成果吻合良好,驗(yàn)證了該方法的可行性。(2)空腔直徑和旋流角沿程均呈在水平洞段逐漸減小、到阻塞段開(kāi)始后逐漸增大的規(guī)律;空腔直徑隨上游水位的增加而減小。(3)起旋器靠近端頭的底部區(qū)域壓強(qiáng)略大,斷面上呈底部略大的同心圓分布。水平洞段壓強(qiáng)沿程小幅波動(dòng)變化,斷面壓強(qiáng)呈底部略大的同心圓分布。阻塞段壓強(qiáng)沿程減小,斷面壓強(qiáng)也具有近似同心圓分布規(guī)律。隨上游水位升高,豎井洞段壁面壓強(qiáng)增大,起旋器至阻塞段近似呈線性增大,阻塞擴(kuò)散段壓強(qiáng)在下游自由出流時(shí)隨上游水位變化很小,在淹沒(méi)出流時(shí)隨上游水位升高而增大。(4)斷面平均流速由起旋器口沿著水流方向逐漸減小,到阻塞段后急劇增大。切向流速在水平洞段z/D=0至z/D=2區(qū)間呈自由渦分布特征,z/D=2后呈自由渦和強(qiáng)迫渦的組合渦分布特征。旋流洞內(nèi)軸向流速沿程減小,在水平洞段至阻塞段沿徑向呈近壁面較大、氣水界面較小的規(guī)律,在阻塞段沿徑向呈較為均勻的流速分布規(guī)律。(5)高紊動(dòng)區(qū)出現(xiàn)在起旋器端頭和擴(kuò)散段區(qū)域,橫斷面上靠進(jìn)空腔界面處水層紊動(dòng)較大,下游淹沒(méi)出流條件擴(kuò)散段紊動(dòng)能大于自由出流條件。(6)起旋器與水平旋流段消能率可達(dá)40%以上,加上擴(kuò)散段氣水混摻消能及退水洞消能,總消能率可以達(dá)到90%左右。
【圖文】：

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文進(jìn)行消能。旋流泄洪洞一般由進(jìn)口段、豎井段、設(shè)有通氣孔的起旋室、水平旋流洞段的退水洞段組成，水流由進(jìn)口進(jìn)流后經(jīng)豎井段過(guò)渡至起旋室內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，形成空腔旋流，水平旋流洞段和退水洞前段是主要的消能區(qū)，水平旋流洞依靠流層間相互剪切和水流的高紊動(dòng)進(jìn)行消能，進(jìn)入退水洞段弱旋轉(zhuǎn)水流水墊混摻碰撞進(jìn)行能量耗散，從而達(dá)到水利樞紐工程泄洪消能的目的。印施工期的四條導(dǎo)流洞全部改建成了水平旋流泄洪洞[9]。水平旋流洞直接連口為淹沒(méi)出流，退水洞頂沿程設(shè)置排氣孔，最高作用水頭為 203m，。國(guó)內(nèi)首個(gè)由導(dǎo)流洞改建成水平旋流泄洪的公伯峽水電站水平旋流泄洪洞圖 1-2 所示，利用水平旋流洞直接連接退水洞段水墊塘進(jìn)行復(fù)合消能的方道水位的不同，出口分為自由出流和淹沒(méi)出流流態(tài)。最大泄量為 1060m體消能率達(dá)到 85%以上，經(jīng)原型觀測(cè)，運(yùn)行狀態(tài)良好[10-11]。

圖 1-2 公伯峽水電站水平旋流泄洪洞（單位：m）Fig.1-2 Horizontal vortex spillway tunnel of Gongboxia（unit: m）旋流式內(nèi)消能泄洪洞的優(yōu)點(diǎn)包括：）豎井進(jìn)口位置可以適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)地形條件，，同時(shí)能滿足有壓進(jìn)口和無(wú)方式；）起旋器、水平旋流洞和退水洞水墊區(qū)是消能的集中區(qū)域，高速水流能量旋器和旋流洞內(nèi)的旋轉(zhuǎn)水流流層間的剪切和紊動(dòng)作用，輔以消力池內(nèi)的，一般情況下，水平旋流泄洪洞消能率可達(dá)到 80%及以上，消能率較高；）豎井段的尺寸可以通過(guò)既定流量下進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，使洞內(nèi)流速低于 20m平旋流洞內(nèi)旋轉(zhuǎn)水流的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，促使水平洞段洞壁較大程度上的減小了泄洪洞內(nèi)發(fā)生空化空蝕破壞的概率；）經(jīng)過(guò)泄洪洞內(nèi)消能后的水流出口流速低，可以有效地降低出口霧化影響破壞程度。工程原型觀測(cè)及現(xiàn)有的理論分析，當(dāng)高壩水頭超過(guò) 100m 時(shí)的超高水頭條能泄洪消能時(shí)，洞內(nèi)流速會(huì)超過(guò) 40m/s，起旋器出口處局部存在負(fù)壓現(xiàn)象
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV135.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 魏成福;;新疆某水電站導(dǎo)流兼泄洪洞混凝土裂縫的防止及處理[J];水利水電工程造價(jià);2012年02期

2 呂慎寬;;打虎石水庫(kù)正常泄洪洞的補(bǔ)強(qiáng)[J];內(nèi)蒙古水利科技;1987年02期

3 胡去劣;;魯布革水電站左岸泄洪洞水力學(xué)試驗(yàn)[J];水利水運(yùn)科學(xué)研究;1987年04期

4 王迎賓,宋鳳珠;窄口水庫(kù)泄洪洞工作門(mén)槽氣蝕破壞的修復(fù)[J];水力發(fā)電;1988年06期

5 曹麥云;;某水電站左岸泄洪洞無(wú)壓段大坍方事故處理[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);1988年02期

6 ;洛河栗西尾礦庫(kù)泄洪洞塌陷造成特大污染事故[J];水資源保護(hù);1988年04期

7 朱咸;壩體泄洪洞的一些水力計(jì)算問(wèn)題[J];水利水電技術(shù);1964年08期

8 蔣兵;;某水電站工程泄洪洞改建為發(fā)電洞進(jìn)口體型研究分析[J];水利科技與經(jīng)濟(jì);2017年06期

9 車勝華;李京輝;張躍武;袁博宇;姜樹(shù)君;樊少武;;官?gòu)d水庫(kù)輸水泄洪洞滲水的除臭治理[J];北京水務(wù);2010年03期

10 姜攀;尹進(jìn)步;何武全;徐自立;;有壓泄洪洞彎道壓力特性數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[J];水力發(fā)電;2016年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王英奎;江春波;;泄洪洞模型進(jìn)口立軸漩渦試驗(yàn)研究[A];水力學(xué)與水利信息學(xué)進(jìn)展 2009[C];2009年

2 楊健;袁培進(jìn);李作成;張培文;;昌馬水庫(kù)泄洪洞放空試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬研究[A];第一屆全國(guó)水工巖石力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 張鵬旋;趙留香;;陸渾水庫(kù)泄洪洞裂縫發(fā)展及成因分析[A];中國(guó)水利學(xué)會(huì)第二屆青年科技論壇論文集[C];2005年

4 楊富亮;;低熱硅酸鹽水泥在溪洛渡水電站左岸泄洪洞工程中的應(yīng)用[A];第八屆全國(guó)混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

5 張庭志;;水牛家電站泄洪洞工程邊坡大滑坡分析[A];2004水利水電地基與基礎(chǔ)工程技術(shù)——中國(guó)水利學(xué)會(huì)地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會(huì)2004年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

6 張躍武;趙譚;;官?gòu)d水庫(kù)輸水泄洪洞改建工程簡(jiǎn)述[A];中國(guó)水利學(xué)會(huì)2008學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2008年

7 韓浩冉;田忠;劉文;楊欣偉;;某非常洞塞泄洪洞改建常規(guī)泄洪東模型試驗(yàn)研究[A];第二十九屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2018年

8 郭新蕾;夏慶福;付輝;楊開(kāi)林;董興林;;新型旋流環(huán)形堰豎井泄洪洞自調(diào)流機(jī)理和特性研究[A];第二十七屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集（下冊(cè)）[C];2015年

9 孫寧;鐘谷良;;三板溪水電站泄洪洞出口邊坡穩(wěn)定分析與加固處理[A];2007年湖南水電科普論壇論文集[C];2007年

10 李佳;;龍頭石水電站泄洪洞底板缺陷處理[A];2012全國(guó)水工泄水建筑物安全與病害處理技術(shù)應(yīng)用�？痆C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 周鴻飛、特約記者徐景健;水電三峽指揮部完成世界最大泄洪洞開(kāi)挖任務(wù)[N];人民武警報(bào);2010年

2 通訊員　 徐迎華　徐建華;新疆“三峽工程”泄洪洞全線貫通[N];建筑時(shí)報(bào);2007年

3 記者 黃澤君;溪洛渡電站左岸泄洪洞開(kāi)挖結(jié)束[N];四川日?qǐng)?bào);2010年

4 記者 張文智;慶陽(yáng)縣巴家嘴泄洪洞工程建成[N];甘肅經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2000年

5 記者 余健 通訊員 郭文達(dá);昆都侖水庫(kù)泄洪洞行洪區(qū)完成清淤[N];包頭日?qǐng)?bào);2014年

6 尉旭;大塌方前153人及重要設(shè)備撤出[N];中國(guó)安全生產(chǎn)報(bào);2010年

7 記者 麥垛;拉洛水利樞紐工程泄洪洞提前貫通[N];西藏日?qǐng)?bào)(漢);2015年

8 通訊員 焦鍵;白云深處筑就優(yōu)質(zhì)工程[N];中華建筑報(bào);2011年

9 楊三軍邋朱光榮;一切為了下游群眾的生命安全[N];經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2008年

10 ;建最好的工程 造福子孫后代[N];中國(guó)水利報(bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王英奎;立軸漩渦的力學(xué)特性與防控措施研究[D];清華大學(xué);2011年

2 井書(shū)光;除險(xiǎn)加固水庫(kù)建筑物水力特性研究[D];天津大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 龍建;旋流阻塞泄洪洞空腔旋流特性的試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D];西安理工大學(xué);2019年

2 孟侖;坪山水庫(kù)泄洪洞水工模型試驗(yàn)及三維數(shù)值模擬[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2018年

3 伍軍輝;卡基娃水電站右岸2#泄洪洞出口邊坡穩(wěn)定性及支護(hù)措施研究[D];南昌大學(xué);2016年

4 翟保林;高水頭無(wú)壓泄洪洞的水力特性研究[D];大連理工大學(xué);2017年

5 張盾;察汗烏蘇水電站泄洪洞渥奇面流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2008年

6 王遠(yuǎn)明;豎井旋流式泄洪洞體型優(yōu)化試驗(yàn)研究[D];黑龍江大學(xué);2010年

7 石四存;公伯峽水電站右岸泄洪洞方案分析及研究[D];天津大學(xué);2003年

8 胡玉龍;鶴壁市盤(pán)石頭水庫(kù)泄洪洞有限元數(shù)值模擬分析[D];華北水利水電大學(xué);2016年

9 姜攀;石門(mén)水庫(kù)泄洪洞水力特性的模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

10 BIRODH MANANDHAR;泄洪洞高速水流水力學(xué)特性數(shù)值模擬研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2017年

本文編號(hào)：2657160