低佛氏數(shù)下扭面式消能墩消能機(jī)理研究

發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 01:43

【摘要】：泄水建筑物作為水利工程建設(shè)管理最為重要的一部分,其下游消能防沖一直是工程安全運(yùn)行的關(guān)鍵,但是對(duì)于大量低水頭水利工程,水流佛氏數(shù)低,消能率不高,易對(duì)下游河床造成沖刷威脅,因此如何高效解決低佛氏數(shù)下水流消能防沖問題是低水頭水利工程亟待解決的重要課題之一。本文基于挑流消能、漩渦消能的原理,在以往常規(guī)消能墩基礎(chǔ)上提出一種新型的輔助消能工——扭面式消能墩。通過水工物理模型試驗(yàn)與三維數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)消能墩水力特性進(jìn)行了分析,深入研究了其周圍流場(chǎng)分布、流速變化和渦量分布等情況。針對(duì)扭面式消能墩對(duì)水流流場(chǎng)的改變情況,采用激光粒子測(cè)速儀(PIV,Particle Image Velocimetry)對(duì)墩體不同部位流經(jīng)水流進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果表明,消能墩對(duì)于水流流場(chǎng)的調(diào)整,主要靠墩體頂部斜面和兩側(cè)扭面來實(shí)現(xiàn),通過把平順的水流改變流向,使得流動(dòng)過程中主動(dòng)產(chǎn)生漩渦,不同流速水流相互剪切摩擦,從而對(duì)水流能量進(jìn)行穩(wěn)定的耗散,論證了扭面式消能工體型的合理性。在消能墩對(duì)水流流場(chǎng)改變研究的基礎(chǔ)上,對(duì)墩體周圍區(qū)域的渦量場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步分析,結(jié)果表明水流在經(jīng)過扭面式消能墩后,墩后水流渦運(yùn)動(dòng)劇烈,水流紊動(dòng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng),水體中能量耗散加快。在物理模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬的方法對(duì)試驗(yàn)工況下消能墩流場(chǎng)特性進(jìn)行了模擬計(jì)算,得到了墩體周圍區(qū)域流場(chǎng)分布云圖和流速矢量圖,并且在數(shù)值模擬結(jié)果中,提取特定斷面垂線流速與試驗(yàn)值進(jìn)行比較,兩者結(jié)果基本吻合,由此表明數(shù)值模擬精度較高,基本能夠準(zhǔn)確反映扭面式消能墩對(duì)于水流流場(chǎng)的改變情況,進(jìn)一步為扭面式消能墩在工程中的應(yīng)用提供了可靠的依據(jù)。研究成果表明,扭面式消能墩設(shè)計(jì)方案的提出,為低佛氏數(shù)下消能提供了一種新型可行的方案,在后期的開展研究中,可進(jìn)一步通過優(yōu)化墩體體型,以達(dá)到更好的消能效果。
【圖文】：

輔助消能工,低水頭,寬尾墩

1 緒論（5）消力池+寬尾墩寬尾墩是由我國(guó)最早設(shè)計(jì)研究的一種新型輔助消能工具。其是將閘墩尾部的沿程加，水流經(jīng)過寬尾墩產(chǎn)生多股薄而高的收縮射流，在消力池內(nèi)各股水流混合后形成劇烈摻的三元水躍，大幅度增加了水流的紊動(dòng)剪切作用，將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能和內(nèi)能，大地提高了寬尾墩的消能率，該消能工的出現(xiàn)能使消力池的長(zhǎng)度大約縮短 1/3，，大大減了平尾墩 50%的工程量[20-22]。根據(jù)寬尾墩體型的不同一般分為 X 型、Y 型、V 型[23]以 T 型等，各種不同形式的寬尾墩已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于我國(guó)大部分水利工程中，并且取了較好的經(jīng)濟(jì)效益和消能效果。例如陜西安康水電站、五強(qiáng)溪水電站、百色水電站以及朝山水電站等[24]。

水槽,實(shí)物