超深层挡水放空洞复杂体型高速水流水力特性数值模拟

发布时间：2021-07-09 16:52

　　针对某水电站超深层挡水放空洞复杂体型,利用3D紊流数值模拟方法,采用VOF方法追踪自由水面,对泄流能力、沿程水面线、流速、压强等水力特性进行了数值模拟分析。结果表明,该放空洞结构泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,有压洞转弯段出现严重的偏流,需对该段体型进行优化;弧形闸室后部两侧突扩结构最小负压0.1MPa,结构易发生空化空蚀,建议减小突扩结构尺寸,延长侧墙长度,尽量减小侧墙坡度;消能工段出口底板部位最小负压为0.1MPa,建议取消挑坎末端水平段,使水流直接挑出。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(10)北大核心

【文章页数】：4 页

【图文】：

某水电站放空洞布置图

模型范围为进水口库区到下游消力池，见图2。三维模型采用结构化网格进行计算，门槽和掺气坎部位适当加密网格，有压和无压洞段设置5层边界层，边界层最小尺寸0.04 m，总体网格数量为283.5×104个，网格局部加密见图3。边界条件设置库区迎水面为压力进口，有压洞段设置为固壁边界，多级闸门井顶部设置为压力进口，其余设置为固壁边界，无压洞段和水垫塘顶部为自由面压力进口，底边及边墙设置为固壁边界，粗糙高度设为1mm。2.3 离散方法、收敛判断

离散格式对离散方程的求解方法及结果影响很大，本文采用一阶迎风格式进行离散，使用分离式求解器求解，但为避免对流项影响较大时易出现严重的假设扩散问题，对计算网格进行加密；速度与压力耦合采用PISO算法处理。对于非稳态问题的计算，在迭代过程中严格根据网格疏密控制好时间步长，以保证残差的收敛性。在给定初始条件和边界条件下进行恒定流计算，当时间足够长，水流达到恒定流状态即认为模型计算结果收敛。采用上下游进出口流量是否趋于一致来判别恒定流状态，当进出口流量趋于一致，且连续一段时间内（实际运行时间）保持这种一致状态，认定此时流动达到平衡，水流为恒定流流态，模型收敛，此刻的流量及沿程水力要素即为所求，各方程的收敛控制精度均为1×10-5。

【参考文献】：
期刊论文
[1]高水头大流量泄洪隧洞水力特性数值模拟研究[J]. 杨忠超,刁明军,邓军.  水电能源科学. 2010(02)
[2]复杂流场的二维数值模拟方法[J]. 尹则高,孙东坡,张土乔,李国庆.  浙江大学学报(工学版). 2004(02)



本文编号：3274120