三维泄洪紊流流场的数值模拟

【摘要】：随着我国水电事业的蓬勃发展,所建设的大坝具有大流量,大泄洪总功率,大泄洪单宽功率和狭窄河谷的特点,即所谓的“三大一窄”的特点。其泄洪流场相当复杂。本文应用数值模拟技术,紧密结合工程实际,进行了如下工作: (1)建立了包括水库,溢流孔口和下游水垫塘在内的泄洪建筑物整体数学模型,对挑跌流泄洪流场给予模拟,获得了溢流面上高速水流的时均压力与流速分布规律,捕捉到溢流面上负压区。同时研究了水舌空中运动参数,并与数学经验公式进行对比。对挑跌流泄洪消能设施—水垫塘流场给予模拟,求得塘底板中时均压力分布。 (2)以向家坝高低坎泄洪工程为背景,建立部分水垫塘泄洪流场,模拟其紊流流场,计算流速与压力分布,并与试验数据比较,验证模型的适用性。 (3)当水流速度较高时,空气将掺入水体,形成水气两相流。在水利工程中,水气两相流十分普遍。结合突扩突跌模型实验,本文对高速水流的掺气流场给予模拟。得到了流速分布,底空腔长、侧空腔长,以及底板压力分布,计算结果得到模型实验数据的佐证。 (4)应用所建立的数学模型,对白鹤滩高拱坝泄洪流场进行预测,为工程设计提供科学参考。