成子河分洪闸消能试验研究及水力特性数值模拟

发布时间：2020-08-05 12:42

【摘要】：水闸在实际运行过程中,常常由于流量大、消能不充分等导致闸下游边坡及海漫会有不同程度冲刷破坏,甚至建筑物损坏,直接影响水闸兴利作用和运行的安全。因此,对水闸闸后水流如何有效地消除水流能量进行分析研究显得非常重要,可以通过合理选择消力池结构形式、增加辅助消能工等方法提高消能效果。本文以成子河分洪闸为研究对象,借助水工整体模型试验,对闸下消力池和海漫段消能效果及流态进行观测分析,并采用流体计算软件FLUENT对该分洪闸进行了相关数值计算。采用Gambit软件建立水闸整体数值模型,采用Realizable k-ε紊流模型和VOF法对该分洪闸进行了三维数值模拟。本文的主要研究内容和研究成果如下:(1)依照水工整体模型试验的相似准则,通过正态物理模型试验,观测闸下的水流流态及对下游消能设施、河床冲刷的影响。形成合理可行的消能设计方案,可为水闸建设和管理提供必要依据。(2)通过对水闸单曲线溢流堰消能结构方案模型试验研究,结果表明消力池底板负压较大,二级消力池和海漫斜坡段急流区较长,闸下游水流出现回旋,其消能效果不理想。对试验模型单曲线溢流堰消能结构方案消能措施进行合理优化,并对优化方案进行水力特性模型试验研究。结果表明,模型最终优化布置方案在二级消力池斜坡段合理设置三道消力坎,海漫斜坡合理布置两道消力坎后,其海漫段水流流态平稳,出流能与海漫下游河床良好的衔接。(3)在单曲线溢流堰消能结构优化方案基础上,对水闸模型二级消力池结构进行设计,提出双曲线溢流堰二级消能结构方案,并对该方案模型进行闸下水力特性试验研究,对比分析两种方案试验结果。其结果表明,双曲线溢流堰二级消能结构方案消能效果更为理想。(4)采用Realizable k-ε紊流模型对该分洪闸模型单曲线溢流堰消能结构方案、单曲线溢流堰消能结构最终优化布置方案和双曲线溢流堰消能结构方案进行数值模拟计算。通过对各方案过闸水流的数值模拟,分析流场和压力场分布,计算结果大体与模型试验相吻合。进而对比分析数值计算和模型试验结果,结果表明数值计算结果与试验结果大致相同。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV66;TV135
【图文】：

面层,回旋区,防冲槽

逦姚名盼成子河分洪闸消能试验研究及水力特性数值模拟逦１９逡逑总体流态较好，没有回旋区，流入闸孔前水流均匀平缓。闸下游流态，闸后下游段面层逡逑流态，水流经过二级消能后的下游海漫段入口段水流流速较大，临近防冲槽右侧有微速逡逑回旋区；闸后底层下游近防冲槽左右两侧有微速回旋区，水流整体能平顺的进入下游河逡逑道。单曲线溢流堰消能结构方案面层、底层流态图如图２－８，邋２－９所示。逡逑一＂＿＿逡逑

曲线,平面流,下消,试验工况

二级消力池设计成曲线溢流堰后，加快能量耗散、减小斜坡段的水流流速，使存在急流逡逑区长度相比最终优化布置方案缩短许多，有利于工程的安全的运行。试验观测工况二下逡逑消力池平面流态图如图３－９所示。逡逑媝感、、逡逑ｍｍ．逡逑图３－９试验工况二下消力池平面流态图逡逑

底层流

擎．．、n牛咤义贤迹常保吧嫌蔚撞懔魈煎瓮迹常保毕掠蔚撞懔魈煎义希ǎ常┎煌日⑾孪芊治鲥义细媚Ｐ褪匝榉桨敢谰葑钪沼呕贾梅桨干柚玫乃闹止た觯煌⒚趴认露哉⑾孪义狭Τ氐装寮安糠趾Ｂ蔚装逖沽νü庋构芙辛坎猓韵嘤Φ乃姹旮呓辛思锹肌ｅ义细鞴た鱿虏獾悴庋构芏潦攵杂ξ恢盟姹旮卟钪狄焕辣砑恚常保粗帘恚常保丁ｅ义媳恚常保凑⒚趴龋埃担聿獾悴庋构芏潦攵杂ξ恢盟姹隁俨钪狄焕辣恚ǖノ唬海硭╁义蟸|逦１逦２逦３逦４逦５逦６逦７逦８逦９逦１０逦１１逦１２逦１３逦１４逡逑、邋王况一邋－０．２５逦－０．４逦０．０５逦０．０５逦０．０５逦０．０５逦－０．４逦－０．６５逦－０．１５逦－０．２逦０．０５逦０．１逦０．０５逦０逡逑差邋逦逡逑值逡逑工况二－０．１５逦－０．２５逦０．２逦０．１逦０．０５逦０．０５逦－０．３逦－０．５逦－０．０５逦－０．１５逦０．１逦０．０５逦０．０５逦０逡逑表３－１５闸门开度０．８ｍ测点测压管读数与对应位置水面标氋差值一览表（单位：ｍ水柱）逡逑＾；｜逦１逦２逦３逦４逦５逦６逦７逦８逦９逦１０逦１１逦１２逦

【参考文献】