挑坎體型對水舌形態(tài)和下游河床沖刷至關(guān)重要,基于水工模型試驗(yàn),利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對納子峽工程泄洪洞扭曲鼻坎體型進(jìn)行優(yōu)化研究。采用極差分析和方差分析,選取最大沖坑深度、沖刷最低點(diǎn)到邊坡的距離、左側(cè)挑距、右側(cè)挑距和水舌寬度作為評價(jià)指標(biāo)對扭曲鼻坎左側(cè)邊墻向右偏移距離、右側(cè)邊墻向右偏移距離、鼻坎扭曲程度系數(shù)3個(gè)因素進(jìn)行計(jì)算,分析各因素對評價(jià)指標(biāo)的敏感性,以確立扭曲鼻坎的最優(yōu)體型。結(jié)果表明,各水力學(xué)特性指標(biāo)對左側(cè)邊墻向右岸的偏移量的變化更敏感,其余因素對扭曲挑坎的消能效果影響較小,通過正交設(shè)計(jì)分析所得的最優(yōu)體型,其水力特性指標(biāo)均明顯優(yōu)于其他方案,所得成果可為實(shí)際工程扭曲鼻坎體型的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 

【文章來源】：南水北調(diào)與水利科技. 2020,18(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

泄洪洞模型整體布置

采用物理模擬方法，制作模型比尺1∶50的水工整體正態(tài)模型，制作材料為有機(jī)玻璃，按重力相似準(zhǔn)則進(jìn)行模型設(shè)計(jì)主要研究不同方案下泄洪洞挑流消能效果、下游流態(tài)及邊坡沖刷情況。模型出口體型示意圖見圖2。同時(shí)考慮紊動阻力相似和床沙起動相似的要求，抗沖流速相似法根據(jù)巖石地質(zhì)情況，確定巖基的抗沖流速，和模型砂的材料和級配�？箾_流速按伊茲巴什公式確定，,d為沖刷料粒徑，k為流速系數(shù)，本次試驗(yàn)取6.0[21]。根據(jù)該工程地形材料，所選河沙粒徑為6.56mm，對應(yīng)抗沖流速按照該公式計(jì)算得3.46m/s。2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

納子峽水電站泄洪洞運(yùn)行的主要問題是水舌翻出左側(cè)邊墻，主流沖擊左岸邊坡較為嚴(yán)重，原型實(shí)地觀測流態(tài)見圖3。經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，扭曲鼻坎形成彎道扭面使得在離心慣性力作用下，挑射水流左側(cè)挑距大于右側(cè)，原體型水舌左側(cè)挑距40.25m，右側(cè)挑距37.75m，入水寬度37.5m，最大沖坑深度7.85m。出現(xiàn)這種流態(tài)的主要原因?yàn)樾购槎茨┒颂袅飨芄ぽS線與下游左岸邊坡交角偏小，出口水舌翻轉(zhuǎn)不夠，擴(kuò)散程度過大。針對原體型存在的問題，本文主要對挑坎出口邊墻和貼角進(jìn)行優(yōu)化，以ΔZ表示扭曲鼻坎左、右兩側(cè)的高程差的絕對值，Z0表示扭曲鼻坎出口斷面底邊中線長度，定義Z0/ΔZ為挑坎的扭曲程度系數(shù)，表征扭曲鼻坎綜合特征。改變左右邊墻的曲率半徑以增加出口軸線與下游邊坡交角，而改變出口貼角扭曲程度可以增加水舌的翻轉(zhuǎn)程度，使水流順利歸入下游河道，水舌漫墻現(xiàn)象通過加高邊墻即可有效解決。選取體型優(yōu)化的3個(gè)因素為：左側(cè)邊墻向右偏移距離、右側(cè)邊墻向右偏移距離和Z0/ΔZ[22]。各因素對應(yīng)水平選取時(shí)，尤其左右邊墻的偏移量不宜過大，左邊墻向右偏移量大時(shí)會產(chǎn)生小流量洞頂余幅過小的情況，右側(cè)邊墻偏移量過大會造成脫流現(xiàn)象，邊墻處產(chǎn)生負(fù)壓，容易導(dǎo)致空蝕破壞[7]。結(jié)合本工程實(shí)際情況，對于左岸邊墻向右偏移距離這一因素設(shè)立3個(gè)水平，分別為偏移1m、偏移2m、偏移3m（曲率半徑分別為40m、30m、25m），具體形式見圖4。對于右岸邊墻向右偏移距離這一因素設(shè)立3個(gè)水平，分別為0.5m、1m、1.5m（曲率半徑分別為17m、15m、14m）。對于Z0/ΔZ這個(gè)因素，將左、右兩側(cè)高程差設(shè)為定值9m，出口斷面中線長度取4.5m,3.15m,1.8m，故該因素的3個(gè)水平分別為0.5、0.35、0.2。參數(shù)敏感性分析的試驗(yàn)因素和因素水平見表1。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3515557