基于雨洪高效安全利用的梯形迷宫堰优化设计研究
发布时间：2017-04-04 21:07
本文关键词：基于雨洪高效安全利用的梯形迷宫堰优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：我国西北旱区水资源严重短缺,缺水已成为制约城市发展的重要瓶颈。雨洪资源作为西北旱区的主要地表水资源主要集中在主汛期,洪峰高量大,若能将汛期雨洪资源充分拦蓄到水库工程中来解决旱季的缺水问题,效果将十分明显。迷宫堰的堰顶形状为锯齿状,在提高水库泄流能力、增大已建水库的兴利库容方面效果显著。它作为一种实用、高效的特殊体型,适用于需要增大泄洪能力、蓄水能力但泄流前沿宽度又受到限制的水库及水电站等枢纽工程中,且工程造价及日常维护费低,管理简单,非常适合在中小型老水库中推广应用。当前迷宫堰泄流能力的确定方法为物理实验法,采用数值模拟方法研究清楚迷宫堰的泄流规律,然后在此基础上,如何从雨洪资源高效安全利用的角度出发提出对应的体型优化设计的基本原则、建立优化模型并求解,仍为空白。因此,本研究通过软件模拟迷宫堰的泄流流态,泄流能力,然后在搞清迷宫堰泄流能力的基础上,提出应用于工程设计的标准化设计方法。(1)结合非恒定流算法,采用标准k-ε紊流双方程模型,运用PISO法对压力-速度进行耦合,引入VOF方法处理自由水面,根据气-液两相流计算模型模拟了迷宫堰在不同堰上水头下的泄流流态水流。结果表明:影响迷宫堰泄流能力的主要影响因素为水舌干扰,随着水舌干扰程度和范围的增大,迷宫堰的泄流能力不断减小;水舌干扰程度与范围主要与堰上水头与堰高比和侧墙夹角有关,堰上水头越高,干扰的程度和范围越大,侧墙夹角增大可减小水舌的干扰程度和范围。(2)结合恒定流算法,采用标准k-ε紊流双方程模型,运用SIMPLE算法对压力-速度进行耦合,分别计算了迷宫堰在不同侧墙夹角、不同堰上水头下的泄流能力,数值模拟结果与实验结果吻合良好,并验证了迷宫堰的泄流能力与侧墙夹角、堰上水头与堰高比有关这一结论,同时也表明利用FLUENT软件数值模拟迷宫堰堰流得到的结果是合理的。(3)在对迷宫堰的泄流能力分析的基础上,通过控制水位不变,采用非线性规划法研究堰高与侧墙夹角的关系;以保证迷宫堰正常泄流、单宫室纵向长度不大于溢洪道控制段长度和大坝安全为约束条件,以最大限度地抬高堰顶高程为目标函数,建立模型,并对模型进行优化及求解。分析并得到了当坝顶高程分别由正常蓄水位、设计水位、校核水位控制时的迷宫堰最优堰型的确定方法。结果表明:水库改建后,当坝顶高程由正常蓄水位控制时,采用迷宫堰能够降低校核水位(或设计水位),提高水库的防洪标准;当坝顶高程由校核水位(或设计水位)控制时,采用迷宫堰能够满足大坝安全泄洪要求,水库蓄洪能力得到了大幅度的提高。整个优化设计方法实现了雨洪资源的高效安全利用。(4)将梯形迷宫堰增容技术运用到l嫼铀夂兔庸厮缯镜裙こ讨，
本文编号：285903
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