某弯道式渠首中分层取水建筑物水力特性研究

发布时间：2020-08-03 13:49

【摘要】：低水头引水工程一般均会遇到泥砂问题,它们或者是坡陡流急山溪性河流上大粒径的推移质,或者是平原河流中的细粒泥砂。因此,在低水头引水工程中,引水问题和排砂问题密切相关。根据不同的引水和防砂设施及其多种布置形式,形成各种类型的低水头引水防砂枢纽。本文所研究的分层取水建筑物位于某弯道式引水渠首的上游,该布置是将弯道式渠首和分层取水建筑物相结合,将分层取水建筑物作为弯道式渠首的一级防砂设施,从而解决其连续引水和冲砂的问题。本研究在查阅前人研究结果的基础上,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法,对分层取水建筑物的水力特性进行了进一步地研究分析。所做的主要工作如下：(1)收集关于低水头引水枢纽工程的相关资料,对渠首工程的作用及类型进行归纳总结,并掌握其建设概况。重点关注弯道式渠首和分层取水式渠首的国内外发展概况,及其在实际工程中运行情况。以往的研究大多针对弯道的水流特性进行研究,而本文研究重点是分层取水建筑物,研究其作为一级排砂设施能否达到连续引水和排砂的目的。(2)重点介绍了某弯道式渠首分层取水结构段的物理模型试验研究。该结构段的设置是以某弯道式渠首改造工程为背景,在该弯道式渠首的泄洪闸上游设置分层取水结构段,用水平隔板将水流分开,上层引水、下层冲砂,研究了分层取水建筑物的水力特性,同时解决了弯道式渠首建筑物的引水和排砂问题。采用1：25的比尺进行整体水工模型试验,分别进行不冲砂和泄洪闸单孔冲砂两种试验工况,试验结果表明：该分层取水结构段能达到设计的引水流量要求；且单孔冲砂时,闸门开度越大,冲砂效果越好。(3)介绍了数值计算基本理论,其中包括数值计算基本概念、流体流动的基本控制方程、数值计算的求解方法、紊流数值模拟方法、紊流模型基本控制方程；并重点介绍了自由水面的模拟方法体积分率(VOF)法。(4)研究了数值计算方法在水利工程中的应用,给出了本文进行数值模拟研究所运用到的前处理、求解、后处理的软件,并给出数值模拟的步骤过程。(5)对数值模拟的结果进行了分析,给出了数值模拟三个试验工况的流态、水面线、流速,并将物理模型试验和数值模拟两种研究方法得出的引水流量、冲砂流量、冲砂流速等进行对比分析,通过分析可知两种方法得到的结论是一致的。该分层取水建筑物的水力特性研究对于多泥砂河流的综合整治工作具有实际借鉴意义,在水利工程中将为解决多泥砂河流的连续引水和排砂的问题发挥重要的作用。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV135

【参考文献】