大小台阶组合的过渡阶梯对阶梯溢流坝水力特性影响研究

发布时间：2020-07-12 13:18

【摘要】：宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工的应用,为我国解决由于大单宽流量和高水头等引起的高速水流问题得到新的突破,但随着单宽流量和水头的增大,掺气问题、空蚀空化问题以及消能率逐渐降低的问题日益突出。为了解决以上问题,需要在水舌底部与溢流坝面创造掺气条件,在实际工程应用中常在宽尾墩下的WES曲面与阶梯溢流坝连接处设前置掺气坎和过渡阶梯,以增加掺气效果,改变压强特性和消能特性。故本文基于阿海电站溢流表孔,应用水汽两相流VOF计算方法的三维RNG k-ε湍流数值模型,对不同大小台阶组合的过渡阶梯进行三维数值模拟。探讨过渡阶梯的不同大小台阶组合方案对坝面掺气特性、压强分布、空化空蚀以及消能机理等的影响,为完善宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工提供参考。得到主要研究结论如下。(1)随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,阶梯溢流坝面掺气空腔及掺气空腔长度也逐渐增加,坝面掺气更加充分,避免阶梯坝面免受空蚀空化破坏。(2)掺气浓度随着过渡阶梯台阶尺寸的增大而增大,同时各方案沿阶梯溢流坝面向下沿程掺气浓度总体呈现减小趋势,但波动较大,其中各方案沿程掺气浓度均在第10-14级台阶处达到极小值。典型台阶竖直壁面掺气浓度沿壁面向下掺气浓度有逐渐减小的趋势,沿水平壁面掺气浓度有逐渐增大的趋势。(3)各方案均在掺气空腔内产生局部负压,且主要分布在首级台阶内,最大负压基本均发生在22.56m附近；其中由6个高×宽=1m×0.75m台阶组成的过渡阶梯竖直和水平壁面最大负压分别为-4.469kPa和-3.898kPa,较其他方案为大,减小或增大过渡阶梯台阶尺寸,都有助于减小阶梯壁面负压。(4)随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,消能率逐渐增大,同时各方案消能率沿着消力池向后逐渐增大,但消能率增速将逐渐减小。其中由2个高×宽=3m×2.25m台阶组成的过渡阶梯方案对水流的消能率最高,消能率沿着消力池向后从首个计算断面的29.79%增加到最后一个计算断面的55.86%,较其他方案为大,其中过渡阶梯的首级台阶对阶梯溢流坝的消能率影响最大。综上所述,由2个高×宽=3m×2.25m台阶组成的过渡阶梯方案为最佳方案。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV135.2

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本文编号：2752016