本文關(guān)鍵詞： 豎井旋流泄洪洞 水力特性 數(shù)值模擬 消能機(jī)理　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國(guó)新建水電站多位于水頭高、泄量大的深山峽谷地區(qū),對(duì)泄水消能建筑物的要求較高,其中,豎井旋流泄洪洞就是一種理想的消能工形式,不僅消能效率高,摻氣量大,布置方式靈活,而且適用于窄河谷、大流量、高落差、復(fù)雜地形地質(zhì)條件。目前該技術(shù)在中小水電站中的得到了廣泛的應(yīng)用,但對(duì)于超高水頭大泄量條件下,豎井旋流泄洪洞還處于探索階段,沒(méi)有實(shí)際工程應(yīng)用可做參考,可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也比較少。因此,采用水工模型試驗(yàn)對(duì)某工程超高水頭(240m)大泄量(1421m3/s)豎井旋流泄洪洞的水力特性進(jìn)行探索研究是必要的。由于在模型試驗(yàn)中,豎井旋流泄洪洞的水力參數(shù)測(cè)試多局限于豎井壁面,常規(guī)測(cè)量方法很難對(duì)豎井內(nèi)部有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量,因此輔助采用數(shù)值模擬對(duì)該豎井旋流泄洪洞旋轉(zhuǎn)水流進(jìn)行模擬計(jì)算來(lái)補(bǔ)充驗(yàn)證是至關(guān)重要的。通過(guò)本論文研究得出結(jié)論如下:(1)首先依據(jù)該豎井旋流泄洪洞的水工模型試驗(yàn),對(duì)豎井上平段及渦室連接段體型進(jìn)行了優(yōu)化研究,通過(guò)調(diào)整渦室橢圓曲線、折流坎及導(dǎo)流坎尺寸,渦室連接段表面壅水明顯減弱,渦室頂部留有足夠的通氣空間,上平段通氣順暢,滿足運(yùn)行要求。對(duì)豎井與導(dǎo)流洞銜接段體型進(jìn)行了優(yōu)化研究,重點(diǎn)比較了不同銜接段體型豎井底板的脈動(dòng)壓強(qiáng)。試驗(yàn)表明:當(dāng)壓坡出口面積增大時(shí),水流紊動(dòng)程度增加,豎井底板所受的最大脈動(dòng)壓強(qiáng)增大,且豎井底板出現(xiàn)最大脈動(dòng)壓強(qiáng)的工況也發(fā)生改變。通過(guò)分析壓坡口面積與豎井底板所受最大脈動(dòng)壓強(qiáng)值之間的關(guān)系,本文引入了單位水體能量消耗量的概念,豎井水墊區(qū)單位水體需要消耗的能量越多,豎井底板所受的最大脈動(dòng)壓強(qiáng)就越大。增加消力井深度,延長(zhǎng)壓坡長(zhǎng)度及改變壓坡孔口數(shù)量均不能降低豎井底板所受的最大脈動(dòng)壓強(qiáng)。(2)將紊流模型計(jì)算結(jié)果與模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):三種紊流模型模擬計(jì)算所得的空腔直徑、豎井壁面壓強(qiáng)、旋流角等參數(shù)變化趨勢(shì)與模型試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本相同,但量值有所差別。相比較而言,Realizable k-ε紊流模型計(jì)算所得旋轉(zhuǎn)水流的空腔直徑、壓坡底板與部分豎井壁面壓強(qiáng)、旋流角,在量值上更接近試驗(yàn)測(cè)量值。因此,Realizable k-ε紊流模型能夠更好的模擬這種具有超高水頭,大泄量,強(qiáng)旋轉(zhuǎn)并帶有自由液面旋轉(zhuǎn)水流的水力特性。(3)通過(guò)Realizable k-ε紊流模型計(jì)算結(jié)果,分析研究了水流流態(tài)、空腔直徑、壓強(qiáng)及旋流角等水力要素的分布規(guī)律,并得出:豎井內(nèi)旋轉(zhuǎn)水流的水層厚度分布不均,主流水體,水層較厚,非主流水體,水層相對(duì)較薄。旋轉(zhuǎn)水流切向流速的衰減梯度從上到下逐漸降低;在豎井前半段,軸向流速隨豎井高度的降低增加較快,豎井中下段,主流水體的軸向流速增加明顯,而非主流水體增加緩慢。(4)在Realizable k-ε紊流模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合良好此基礎(chǔ)上,利用數(shù)值模擬結(jié)果計(jì)算了不同斷面的能量大小,獲得了豎井旋流泄洪洞各部位的消能形式及消能率分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,豎井起始部位主要消去旋轉(zhuǎn)水流的切向動(dòng)能,占總能量損失的6.19%;中間部位主要消去旋轉(zhuǎn)水流的位能,占總能量損失的21.18%;下半部位利用環(huán)狀水躍及水墊池消去旋轉(zhuǎn)水流大部分的剩余能量,占總能量損失的58.69%。
[Abstract]:In this paper , it is necessary to study the hydraulic characteristics of vertical shaft cyclone flood discharge hole by using hydraulic model test . ( 3 ) In the first half of the shaft , the axial flow velocity of the rotating water flow increases obviously with the decrease of the height of the vertical shaft and the water layer is relatively thin . The results show that the axial velocity of the rotating water flow increases obviously from top to bottom by using the Realizable k - 蔚 turbulence model .

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV135.2

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本文編號(hào)：1517680