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水牛家水电站泄洪消能研究

王美丽  
【摘要】: 泄洪消能一直是水利工作者在工程和科学研究中遇到的重要问题。水牛家水电站为火溪河梯级的龙头水库电站,泄洪放空建筑物由泄洪洞和泄洪放空洞组成。泄洪建筑物为位于右岸的地下泄洪洞,下游接地面溢洪道,出口采用挑流消能与下游衔接。挑坎的原设计方案为一扩散坎,且布置在河道右岸,出射水流主要集中在右岸,不能满足下游边坡稳定和防冲要求,必须对坎型进行优化。 本文首先回顾了挑流消能的发展和应用,对各种挑流鼻坎坎型进行了总结。根据水牛家水电站泄洪洞的泄洪消能要求,对泄洪洞出口挑流鼻坎提出了两种优化修改方案。在原泄洪洞泄流能力模型试验基础上,根据CFD原理,借助fluent数值模拟软件,采用三维k ?ε双方程紊流数学模型,并引入水气两相流的VOF模型,对原设计方案和两种修改方案挑坎上水流进行模拟。并借助经验公式和数值模拟的结果对三种方案的挑流水舌参数和下游冲刷情况进行了计算。通过数值模拟和计算的成果,对三种挑坎体型方案的流态与消能防冲效果进行比较,从而找出一种适合的挑坎体型。并对优选的挑坎体型方案进行了物理模型试验。通过试验,进一步观察水舌与下游河床的流态,对挑坎上水流的流速、水深、下游河床的流速和冲坑情况进行了观测,进一步验证了优选挑坎方案的合理性。通过对数值模拟与模型试验的结果比较,相互验证了数值模拟与物理模型试验结果的可靠性。通过数值模拟,理论计算和物理模型试验,可以验证:水舌通过扭曲坎和贴角的偏转作用,入水后主流靠近下游河床的中心线,与下游衔接较好;冲坑最深位置靠近河道中心线,对右岸的影响不大;优选方案的冲坑深度能够满足下游消能防冲和水工建筑物的安全要求。


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