在階梯溢洪道前加設(shè)摻氣坎,高速水流流經(jīng)摻氣坎形成挑射水舌,使水流底部產(chǎn)生強(qiáng)迫摻氣,增加水流中的摻氣濃度以保護(hù)階梯面,減小階梯面負(fù)壓,這種前置摻氣坎階梯溢洪道能夠有效兼顧過水建筑物在高水頭,大單寬流量下運(yùn)行時(shí)的消能效果與減蝕情況,深入研究高速水流下的前置摻氣坎階梯溢洪道具有工程實(shí)際意義。如今數(shù)值模擬已成為高速水力學(xué)中常用的研究手段,本課題基于兩相流基本方程,在某大型水電工程試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,選用紊流模型、卷氣模型、漂移通量模型,對(duì)高速水氣兩相流在前置摻氣坎階梯溢洪道不同體型設(shè)置的模擬工況下進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算,探尋了改變臺(tái)階高度和溢洪道底坡對(duì)溢洪道的水流流態(tài)、水面線、摻氣空腔長(zhǎng)度和摻氣濃度、壓強(qiáng)分布、流速分布和消能效果等水力特性的影響,并研究摻氣坎高度與臺(tái)階高度、溢洪道底坡在實(shí)際工程中的適配性問題,為工程設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化提供參考。研究得出結(jié)論:臺(tái)階高度增大有利于前設(shè)摻氣坎階梯式溢洪道的消能效果,但會(huì)使前幾級(jí)臺(tái)階豎直面的負(fù)壓增大,發(fā)生空蝕破壞的風(fēng)險(xiǎn)增大,將摻氣坎的高度增大到0.8m能有效增大摻氣保護(hù)空腔的長(zhǎng)度,增大臺(tái)階近壁面的摻氣濃度以減輕負(fù)壓造成的空蝕破壞風(fēng)險(xiǎn);溢洪道底坡為1:4.25時(shí)前幾級(jí)臺(tái)... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

前置摻氣坎階梯溢洪道計(jì)算區(qū)域示意圖單位：mFig.3-1Calculationareadiagramofpre-aeratorsteppedspillways

3數(shù)值模擬模型構(gòu)建153數(shù)值模擬模型構(gòu)建3.1數(shù)值模型構(gòu)建某大型水電站工程采用心墻堆石壩，壩高為147m，總裝機(jī)容量為420MW，岸邊開敞式階梯式溢洪道堰頂高程為2124m，長(zhǎng)度540m，進(jìn)口采用WES型實(shí)用堰，階梯段采用C20混凝土現(xiàn)澆，在首級(jí)階梯前設(shè)置了一道摻氣坎，高度為0.5m，坡度為1：10。最大工作水頭為140m，最大下泄流量為760m3/s，泄槽寬度為10m，最大單寬流量為76m2/(s·m)[38]。本次數(shù)值模擬研究結(jié)合此水電站工程溢洪道的模型試驗(yàn)[40]展開，計(jì)算區(qū)域起始點(diǎn)為摻氣坎位置前80m處，階梯段溢流壩面的首級(jí)臺(tái)階設(shè)置在摻氣坎位置后20m處，計(jì)算下泄單寬流量取最大值76m2/(s·m)。采用FLOW-3D軟件模擬仿真共九種工況下前置摻氣坎階梯溢洪道大單寬泄流運(yùn)行時(shí)的高速摻氣水流水力特性，計(jì)算域示意圖如圖3-1所示，采用CAD三維建立計(jì)算域三維模型如圖3-2所示。圖3-1前置摻氣坎階梯溢洪道計(jì)算區(qū)域示意圖單位：mFig.3-1Calculationareadiagramofpre-aeratorsteppedspillways圖3-2前置摻氣坎階梯溢洪道三維模型圖Fig.3-23Dmodeldiagramofpre-aeratorsteppedspillways

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文16針對(duì)摻氣坎尺寸的設(shè)置，國(guó)內(nèi)外眾多工程設(shè)計(jì)和建設(shè)中常采用的摻氣坎坡度一般在1:5~1:15之間選取，有研究證明摻氣坎坡度為1:10時(shí)水流流態(tài)更平順[36]，本次研究選取1:10的摻氣坎坡度；有摻氣坎高度對(duì)階梯面影響的試驗(yàn)研究表明[45]，當(dāng)摻氣坎高度超過1.2m的工況下，泄流壁面上的挑射水舌沖擊壓強(qiáng)將超過20×9.8kPa，容易引起階梯面發(fā)生破壞，本次研究選取0.7m、0.8m、0.9m三種摻氣坎高度。由水工試驗(yàn)結(jié)果[40]可知，在臺(tái)階高度低于2.0m下量測(cè)到下泄水流的末端流速超過30m/s，消能效果較差。因此本次模擬研究選取2.0m、2.5m、3.0m三種不同臺(tái)階高度的階梯式溢洪道體型。試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵绾榈姥剌S底板坡度為1：3.75，本次數(shù)值模擬選取1:3.75、1:4.25、1:4.75三種不同溢洪道底坡體型進(jìn)行研究。各工況及體型尺寸見表3-1。表3-1各工況及體型尺寸表Table.3-1Theworkingconditionsandsizetable工況臺(tái)階高度（m）溢洪道底坡i摻氣坎高度（m）a-12.01:3.750.7a-22.51:3.750.7a-33.01:3.750.7a-42.51:3.750.8a-52.51:3.750.9b-12.51:4.250.7b-22.51:4.750.7b-32.51:4.250.8b-42.51:4.250.93.2網(wǎng)格劃分及邊界條件網(wǎng)格劃分如圖3-3、3-4、3-5所示。為使數(shù)值模擬計(jì)算更為精確且效率更高，采用銜接法共設(shè)置五個(gè)網(wǎng)格塊，光滑溢流壩段的網(wǎng)格尺寸為0.5m×0.5m×0.5m的正方體均勻網(wǎng)格，將摻氣坎處及階梯溢流壩段的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行了加密，設(shè)置為0.25m×0.25m×0.25m的正方體均勻網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量總計(jì)約為1166萬。圖3-3網(wǎng)格平面Fig.3-3Meshplanes

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]臺(tái)階式泄水建筑物水力特性試驗(yàn)研究[D]. 田嘉寧.西安理工大學(xué) 2005

碩士論文
[1]前置摻氣坎式階梯溢洪道摻氣水流的數(shù)值模擬[D]. 李梅玲.西安理工大學(xué) 2018
[2]臺(tái)階式溢洪道摻氣水流數(shù)值模擬[D]. 鄒璐.西安理工大學(xué) 2016
[3]大小臺(tái)階組合的過渡階梯對(duì)階梯溢流壩水力特性影響研究[D]. 王強(qiáng).昆明理工大學(xué) 2016
[4]某階梯溢洪道的水流水力特性數(shù)值模擬研究[D]. 高夢(mèng)露.大連理工大學(xué) 2015
[5]溢流壩泄流過程水流流態(tài)數(shù)值模擬[D]. 楊思雨.大連理工大學(xué) 2015
[6]雙孤立波爬高的數(shù)值模擬[D]. 王賀.上海交通大學(xué) 2015
[7]水工閘門啟閉過程中的動(dòng)水垂直力的數(shù)值模擬研究[D]. 訾娟.天津大學(xué) 2012
[8]帶有摻氣挑坎的臺(tái)階式溢洪道的三維數(shù)值模擬[D]. 尹芳芳.西安理工大學(xué) 2010
[9]臺(tái)階式溢洪道強(qiáng)迫摻氣水流水力特性的試驗(yàn)研究[D]. 駢迎春.西安理工大學(xué) 2007
[10]階梯溢流壩水力特性和消能機(jī)理試驗(yàn)研究[D]. 楊慶.四川大學(xué) 2002



本文編號(hào)：3010145