溢洪道是重要的泄水建筑物之一,在水利樞紐中用于宣泄規(guī)劃庫容以外多余的洪水,對水利工程安全泄洪發(fā)揮著重要的作用,因此對溢洪道水力特性及體型優(yōu)化的研究就十分重要。本文的研究基于西藏山南市扎囊縣卓于水庫溢洪道的水力設(shè)計,結(jié)合模型試驗和數(shù)值模擬兩大方法而展開。在原設(shè)計方案下對溢洪道進行了整體的水工模型試驗,通過原方案水力特性的研究,驗證溢洪道體型及布置的合理性,提出修改意見,并通過模型試驗加以驗證。同時利用三維數(shù)值模擬計算了臺階泄水槽的細致流場,進一步驗證其體型及布置的合理性。主要研究成果如下:(1)原方案模型試驗結(jié)果表明,溢洪道布置合理,泄流能力滿足要求。跌坎水舌跌落直沖側(cè)槽底板,側(cè)槽臨底流速較大,若槽底經(jīng)長時間沖刷,可能會形成較大沖坑,槽底破壞嚴重,需對跌坎側(cè)槽進行消能處理。臺階泄水槽末端存在一較大消力坎,導(dǎo)致水流在消力池中波動較大,邊墻可能會沖刷嚴重,需對臺階泄水槽與消力池的銜接方式進行優(yōu)化。(2)在水舌跌落處下挖2.5m深水墊塘對跌坎側(cè)槽進行優(yōu)化試驗,并對優(yōu)化前后跌坎側(cè)槽各水力特性對比分析,驗證了優(yōu)化方案的優(yōu)越性。下挖水墊塘改善了水舌直接沖擊側(cè)槽底板的水力現(xiàn)象,形成水墊塘緩沖消能,同時通過水墊塘避開了水流急流轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象。水墊塘下游的調(diào)整段,流速較原方案有所減小,過水斷面上水面線相對均勻,進入臺階泄水槽前部的水流流態(tài)得到了改善,水墊塘底板無明顯的沖擊壓強。(3)臺階泄水槽與消力池的銜接方式由斜坡連接替換消力坎連接,充分利用現(xiàn)有消力池的作用,改善消力池中原有的流態(tài)結(jié)構(gòu),使消力池中形成底流消能形式。斜坡銜接時,消力池中水面波動強度較消力坎銜接降低,消力池邊墻高度也基本滿足要求,消力池內(nèi)流速分布和壓強分布也呈底流消能的一般規(guī)律。(4)通過數(shù)值模擬對推薦方案下臺階泄水槽內(nèi)部細致流場進行研究分析,主要包括泄槽的水流流態(tài)及水面線、速度場分布、壓力場分布等。泄槽前2～3個臺階內(nèi)部漩渦不穩(wěn)定,出現(xiàn)較大空腔,導(dǎo)致臺階水平面和豎直面出現(xiàn)大面積負壓。鑒于臺階泄水槽前部流速均為10m/s以下,負壓值也不大,可不考慮空蝕空化。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TV135.2
【部分圖文】：

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文61.4研究方案及技術(shù)路線以實際的工程為研究對象，利用水工模型試驗和數(shù)值模擬兩大研究溢洪道的方法，對原設(shè)計提交的試驗方案進行全面驗證，針對模型試驗中顯露出的問題，通過對溢洪道模型進行試驗—修改—試驗—修改等步驟反復(fù)研究，優(yōu)化溢洪道的體型，結(jié)合數(shù)值模擬的優(yōu)勢對溢洪道相關(guān)參數(shù)進行完善，為最終推薦方案提供充分的水力學(xué)依據(jù)。在模型試驗中，為達到試驗任務(wù)要求，必須嚴格遵守重力相似準則來設(shè)計模型，數(shù)據(jù)采集時按要求規(guī)范使用測量儀器，做到讀數(shù)精準。三維數(shù)值模擬則使用RNGk－ε紊流模型，采用VOF法追蹤自由表面，來計算流場的水面線、流速場分布、壓強場分布等水力參數(shù)。本文技術(shù)路線如圖1-1所示。圖1-1技術(shù)路線Fig1-1Technologyroadmap

第2章物理模型設(shè)計72物理模型設(shè)計2.1工程概況卓于水庫位于西藏自治區(qū)扎囊縣山南市卓于鄉(xiāng)，距扎囊縣城24.00km，距山南市行署所在地澤當鎮(zhèn)70.00km。卓于水庫地理位置約為東經(jīng)：91°15′28.0″，北緯：29°04′58.7″。卓于溝發(fā)源于海拔5380.00m的甲拉山，壩址以上集水面積為106km2，壩址以上河道長度18.00km，河道平均坡度83.3%，在次麥村和肖拉溝匯合后稱為扎塘溝，為雅魯藏布江中游右側(cè)一級支流。水庫是以灌溉為主，同時結(jié)合城鎮(zhèn)供水等綜合利用的水利工程，正常蓄水位3954.50m，總庫容1043萬m3。水庫由大壩、輸水洞、溢洪道等組成，依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）及《防洪標準》（GB50201-2014）的規(guī)定確定本工程等別為Ⅲ等。大壩長452.00m，壩頂高程3957.00m，壩頂寬度6.00m。水庫樞紐平面布置圖見圖2-1。圖2-1卓于水庫樞紐平面布置圖Fig2-1LayoutplanoftheZhuoyuReservoir卓于水庫溢洪道采用側(cè)槽式進口，溢洪道位于卓于水庫右壩頭，其中心線與壩軸線交點樁號為大壩樁號0+460.000，溢洪道中心線與壩軸線交角為85.06度。溢洪道總長

第2章物理模型設(shè)計9（a）平面圖（b）縱剖面圖圖2-2溢洪道尺寸（尺寸及高程單位：m）Fig2-2Sizeofthespillway2.2模型試驗內(nèi)容通過對溢洪道進行整體的水工模型試驗，驗證溢洪道水力計算和布置的合理性，依據(jù)試驗結(jié)果與實際工程的需要，進一步地優(yōu)化原設(shè)計內(nèi)容，優(yōu)選出溢洪道的最佳體型，給出推薦方案。模型試驗具體內(nèi)容如下：（1）率定溢洪道的泄流能力，作庫水位~溢洪道流量關(guān)系曲線和庫水位~流量系數(shù)關(guān)系曲線。通過提取各工況泄量與庫水位的試驗值和相應(yīng)設(shè)計值進行比較，以此判斷溢洪道
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本文編號：2870459