本文關鍵詞：寬尾墩體型及階梯形態(tài)對階梯面摻氣特性影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工因具有消能率高、節(jié)約工程投資等優(yōu)點而被廣泛應用于高壩泄洪建筑物中,但在工程應用中發(fā)現,在大單寬流量下,下泄水流在階梯溢流壩前幾級階梯面容易發(fā)生空化現象,導致階梯溢流壩面發(fā)生空蝕破壞。工程實踐表明,優(yōu)化寬尾墩體型和階梯形態(tài),可以保證出墩水流平順過渡到階梯溢流壩,亦可增大階梯面底部水流的摻氣濃度,因而有效減緩階梯面發(fā)生空蝕空化破壞,進而使此消能工應用于高水頭和大單寬流量工況。目前對寬尾墩+階梯溢流壩+消力池一體化消能工的研究大多數傾向于對階梯溢流壩的整體消能和摻氣效果的探索,而對階梯溢流壩上單個階梯垂直固壁面和水平固壁面的負壓分布和水流摻氣濃度分布規(guī)律未做深入研究。當寬尾墩體型和階梯形態(tài)設計不佳時,水流流態(tài)不能平順的過渡,致使單個階梯垂直固壁面和水平固壁面的摻氣濃度較低,階梯面上出現負壓,易使階梯面容易發(fā)生空蝕破壞。本文基于以上問題,結合云南省阿海水電站“溢流表孔寬尾墩+階梯溢流壩+消力池”模型試驗,采用修正的三維k-ε紊流模型,對對稱和非對稱Y型寬尾墩+階梯溢流壩+消力池一體化消能工的三維流場進行了數值模擬,模擬范圍從上游庫區(qū)至下游消力池尾坎,通過實驗和模擬結果的對比分析,驗證了本次數值模擬的可行性,系統(tǒng)分析了對稱寬尾墩和非對稱寬尾墩收縮比對階梯面摻氣空腔長度和壓強分布及大小的影響規(guī)律,對稱寬尾墩收縮比和階梯溢流壩首級臺階臺面角度對階梯面摻氣特性和消能特性的影響,為階梯溢洪道應用于大單寬流量及體型優(yōu)化設計提供參考。主要研究成果如下：(1)模擬結果顯示,對稱寬尾墩條件下,出墩水流在階梯溢流壩面產生的摻氣空腔長度隨收縮比ε減小而增大,階梯面最大負壓隨寬尾墩收縮比ε的減小而減少,但階梯面負壓分布范圍逐漸擴大；階梯面沿程平均摻氣濃度略有波動,但總體呈減小趨勢,隨收縮比減小,階梯面摻氣范圍減小。在前幾級階梯面,摻氣充分,沿階梯水平固壁面向外,摻氣濃度呈先減小后增大的趨勢,而沿階梯垂直固壁面向下,摻氣濃度先增大后減小,相同斷面處平均摻氣濃度隨收縮比減小而增大。在摻氣末端的階梯面上,沿階梯水平固壁面向外,摻氣濃度逐漸增大,而沿階梯垂直固壁面向下,摻氣濃度逐漸減小,相同斷面處平均摻氣濃度隨收縮比減小而減小；階梯溢流壩消能率隨寬尾墩收縮比的減小而增大。(2)非對稱寬尾墩條件下,隨著收縮比逐漸減小,階梯摻氣空腔長度逐漸增大,且側收縮角較大的一側的空腔長度是側收縮角較小一側空腔長度的4-5倍；空腔內負壓隨收縮比減小而減少,但階梯負壓分布范圍逐漸擴大,各級階梯外邊緣均出現負壓,空腔內最大負壓出現在首級階梯垂直固壁面上。(3)首級臺階臺面上挑時階梯面摻氣比下跌或水平時充分,消能效果好,反弧段與消力池底板上紊動能k及紊動耗散率ε較大,且消力池底板壓力和臨底流速較小。本文對阿海水電站Y型寬尾墩+階梯溢流壩+消力池溢流表孔進行數值模擬發(fā)現,當單寬流量達160m3/(s·m)時,階梯溢流面負壓為-10.24kPa～-46.38kPa,最大負壓出現在寬尾墩出口與階梯溢流壩連接處以及首級階梯垂直固壁面上,針對階梯面可能產生的空蝕破壞,需要進一步探討。
【關鍵詞】：工程水力學 Y型寬尾墩 階梯溢流壩 RNG k-ε 紊流模型 空蝕空化
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV135.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 概述14-15
• 1.2 寬尾墩的研究現狀15-19
• 1.2.1 寬尾墩聯(lián)合消能工應用與發(fā)展16-18
• 1.2.2 寬尾墩體型簡介18-19
• 1.3 階梯溢流壩的研究現狀19-22
• 1.3.1 階梯溢流壩消能工的應用與發(fā)展19-21
• 1.3.2 階梯溢流壩消能率計算21-22
• 1.4 寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工的發(fā)展現狀以及不足22-24
• 1.4.1 寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工的發(fā)展現狀22-23
• 1.4.2 寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工的不足23-24
• 1.5 摻氣減蝕問題的研究24-28
• 1.5.1 泄水建筑物空蝕問題現狀24-25
• 1.5.2 空蝕問題產生原因及預防措施25-26
• 1.5.3 摻氣減蝕問題的研究現狀26-28
• 1.6 本文主要研究的方法和內容28
• 1.7 本章小結28-30
• 第二章 試驗設計及紊流數值模擬30-46
• 2.1 模型試驗裝置介紹30-34
• 2.1.1 工程概況30
• 2.1.2 模型試驗裝置30-34
• 2.2 水氣兩相流及紊流數值模擬理論及數值計算方法34-42
• 2.2.1 水氣兩相流的研究現狀34-35
• 2.2.2 紊流模型理論35-40
• 2.2.3 自由表面追蹤VOF模型40-42
• 2.3 模擬的幾何區(qū)域及網格劃分42-44
• 2.4 模型的邊界條件44
• 2.5 本章小結44-46
• 第三章 寬尾墩體型對階梯面摻氣特性的影響46-66
• 3.1 對稱寬尾墩收縮比對階梯面摻氣空腔長度和階梯面壓力的影響46-51
• 3.1.1 物理模型與試驗方案46
• 3.1.2 階梯面水流流態(tài)分布及摻氣空腔長度分布46-49
• 3.1.3 階梯面壓強大小及分布圖49-51
• 3.2 對稱寬尾墩收縮比對階梯面摻氣和消能的影響51-55
• 3.2.1 寬尾墩收縮比對階梯面摻氣濃度的影響51-54
• 3.2.2 寬尾墩收縮比對消能率的影響54-55
• 3.3 非對稱寬尾墩收縮比對消能特性的影響55-64
• 3.3.1 模擬方法與模擬方案56-58
• 3.3.2 水流流態(tài)58-59
• 3.3.3 階梯面摻氣空腔長度分布59-60
• 3.3.4 階梯面時均壓強分布60-61
• 3.3.5 單個階梯面垂直固壁面時均壓強的人小及分布61-62
• 3.3.6 單個階梯面水平固壁面時均壓強的大小及分布62-64
• 3.4 本章小結64-66
• 第四章 首級階梯臺面角度對階梯面摻氣特性的影響66-74
• 4.1 模擬方法及模擬方案66-67
• 4.2 數值模型的驗證67
• 4.3 階梯面摻氣空腔長度分布67-68
• 4.4 階梯面時均壓力分布68-69
• 4.5 消能效果對比69-70
• 4.6 消力池底板壓力及流速分布70-72
• 4.7 本章小結72-74
• 第五章 結論與展望74-78
• 5.1 結論74-75
• 5.2 展望75-78
• 致謝78-80
• 參考文獻80-84
• 附錄 作者攻讀碩士期間發(fā)表的論文和參加的科研項目84-85

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數據庫 前2條

1 羅秉珠;黎戈;陳龍;劉學章;閉多能;;頂部跌流型寬尾墩在平班水電站中壩的應用及其效果[A];第二屆全國水力學與水利信息學學術大會論文集[C];2005年

2 羅秉珠;;戽流消能技術的新發(fā)展——巖灘水電站寬尾墩與戽式消力池聯(lián)合消能工的研究與應用紀實[A];2002年水工專委會學術交流會議學術論文集[C];2002年

  本文關鍵詞：寬尾墩體型及階梯形態(tài)對階梯面摻氣特性影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：372307