卓于水库溢洪道水力特性的模型试验与数值模拟研究

发布时间：2020-11-04 18:43

　　 溢洪道是重要的泄水建筑物之一,在水利枢纽中用于宣泄规划库容以外多余的洪水,对水利工程安全泄洪发挥着重要的作用,因此对溢洪道水力特性及体型优化的研究就十分重要。本文的研究基于西藏山南市扎囊县卓于水库溢洪道的水力设计,结合模型试验和数值模拟两大方法而展开。在原设计方案下对溢洪道进行了整体的水工模型试验,通过原方案水力特性的研究,验证溢洪道体型及布置的合理性,提出修改意见,并通过模型试验加以验证。同时利用三维数值模拟计算了台阶泄水槽的细致流场,进一步验证其体型及布置的合理性。主要研究成果如下:(1)原方案模型试验结果表明,溢洪道布置合理,泄流能力满足要求。跌坎水舌跌落直冲侧槽底板,侧槽临底流速较大,若槽底经长时间冲刷,可能会形成较大冲坑,槽底破坏严重,需对跌坎侧槽进行消能处理。台阶泄水槽末端存在一较大消力坎,导致水流在消力池中波动较大,边墙可能会冲刷严重,需对台阶泄水槽与消力池的衔接方式进行优化。(2)在水舌跌落处下挖2.5m深水垫塘对跌坎侧槽进行优化试验,并对优化前后跌坎侧槽各水力特性对比分析,验证了优化方案的优越性。下挖水垫塘改善了水舌直接冲击侧槽底板的水力现象,形成水垫塘缓冲消能,同时通过水垫塘避开了水流急流转弯现象。水垫塘下游的调整段,流速较原方案有所减小,过水断面上水面线相对均匀,进入台阶泄水槽前部的水流流态得到了改善,水垫塘底板无明显的冲击压强。(3)台阶泄水槽与消力池的衔接方式由斜坡连接替换消力坎连接,充分利用现有消力池的作用,改善消力池中原有的流态结构,使消力池中形成底流消能形式。斜坡衔接时,消力池中水面波动强度较消力坎衔接降低,消力池边墙高度也基本满足要求,消力池内流速分布和压强分布也呈底流消能的一般规律。(4)通过数值模拟对推荐方案下台阶泄水槽内部细致流场进行研究分析,主要包括泄槽的水流流态及水面线、速度场分布、压力场分布等。泄槽前2～3个台阶内部漩涡不稳定,出现较大空腔,导致台阶水平面和竖直面出现大面积负压。鉴于台阶泄水槽前部流速均为10m/s以下,负压值也不大,可不考虑空蚀空化。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TV135.2
【部分图文】：

西安理工大学工程硕士专业学位论文61.4研究方案及技术路线以实际的工程为研究对象，利用水工模型试验和数值模拟两大研究溢洪道的方法，对原设计提交的试验方案进行全面验证，针对模型试验中显露出的问题，通过对溢洪道模型进行试验—修改—试验—修改等步骤反复研究，优化溢洪道的体型，结合数值模拟的优势对溢洪道相关参数进行完善，为最终推荐方案提供充分的水力学依据。在模型试验中，为达到试验任务要求，必须严格遵守重力相似准则来设计模型，数据采集时按要求规范使用测量仪器，做到读数精准。三维数值模拟则使用RNGk－ε紊流模型，采用VOF法追踪自由表面，来计算流场的水面线、流速场分布、压强场分布等水力参数。本文技术路线如图1-1所示。图1-1技术路线Fig1-1Technologyroadmap

第2章物理模型设计72物理模型设计2.1工程概况卓于水库位于西藏自治区扎囊县山南市卓于乡，距扎囊县城24.00km，距山南市行署所在地泽当镇70.00km。卓于水库地理位置约为东经：91°15′28.0″，北纬：29°04′58.7″。卓于沟发源于海拔5380.00m的甲拉山，坝址以上集水面积为106km2，坝址以上河道长度18.00km，河道平均坡度83.3%，在次麦村和肖拉沟汇合后称为扎塘沟，为雅鲁藏布江中游右侧一级支流。水库是以灌溉为主，同时结合城镇供水等综合利用的水利工程，正常蓄水位3954.50m，总库容1043万m3。水库由大坝、输水洞、溢洪道等组成，依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）及《防洪标准》（GB50201-2014）的规定确定本工程等别为Ⅲ等。大坝长452.00m，坝顶高程3957.00m，坝顶宽度6.00m。水库枢纽平面布置图见图2-1。图2-1卓于水库枢纽平面布置图Fig2-1LayoutplanoftheZhuoyuReservoir卓于水库溢洪道采用侧槽式进口，溢洪道位于卓于水库右坝头，其中心线与坝轴线交点桩号为大坝桩号0+460.000，溢洪道中心线与坝轴线交角为85.06度。溢洪道总长

第2章物理模型设计9（a）平面图（b）纵剖面图图2-2溢洪道尺寸（尺寸及高程单位：m）Fig2-2Sizeofthespillway2.2模型试验内容通过对溢洪道进行整体的水工模型试验，验证溢洪道水力计算和布置的合理性，依据试验结果与实际工程的需要，进一步地优化原设计内容，优选出溢洪道的最佳体型，给出推荐方案。模型试验具体内容如下：（1）率定溢洪道的泄流能力，作库水位~溢洪道流量关系曲线和库水位~流量系数关系曲线。通过提取各工况泄量与库水位的试验值和相应设计值进行比较，以此判断溢洪道
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本文编号：2870459