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水电站泄洪雾化深化研究

曲波  
【摘要】:本文对水电站泄洪雾化问题进行了研究。泄洪雾化是近二十多年来水电工程中所提出的一个新课题,指的是泄水建筑物泄水时所引起的一种非自然降雨过程与水雾弥漫现象。我国有些水利枢纽,由于受地形条件的限制,每遇泄流,坝下游相当大的范围内有如狂风暴雨、水雾迷漫,形成具有严重危害性的雾化水流,影响了建筑物的正常运行,这方面的事例还是不少的。如有的因雾化水流影响电站的正常运行,甚至出现停电、淹没厂房等事故;有的因雾化水流导致库区交通或居民生活受到影响,以至于不得不迁移部分建筑物;有的因雾化水流导致下游两岸山坡失稳。研究雾化问题的目的正在于防范雾化水流的危害,确保工程安全。已有研究成果表明:对100米以上水头的大型泄水建筑物,挑流消能带来的下游雾化问题即已相当严重,而我国正在规划设计的溪落渡与锦屏一级水利枢纽为坝高达到300米级的超高坝,并还具有落差大、泄洪流量大、河谷狭窄等特点,雾化问题更加突出,从某种程度上来讲甚至关系到工程的成败。因此,雾化水流的研究已成为高坝建设中新的水力学关键技术问题之一,对其进行研究不仅具有十分重要的意义,也有广阔的应用背景。此外,雾化水流中的水舌段属水气两相流,而其雾流降雨区又属气水两相流,研究雾化水流也有助于拓宽两相流的研究范围。本文根据目前雾化水流研究的现状,通过理论分析、模型试验和数值计算,对影响雾化水流预报精度的两个关键问题,即挑流水舌问题和溅水问题进行了研究,以进一步完善雾化水流的数学模型,提高预报精度,为工程上采用适当的措施防范雾化水流的危害提供依据,其主要工作是: 1、由于工程应用所限,过去人们一般仅重视挑流水舌的挑距,而对其临界掺气条件则鲜有涉及。考虑到挑流水舌的界面是水气界面,其能卷吸掺气的必要条件即为水气界面失去稳定,在波破碎过程中将空气卷入水流中,本文引用流动稳定性理论中的K-H不稳定性理论对挑流水舌的卷吸掺气条件进行了分析,得到了临界流速与临界韦伯数的表达式。因明渠水流外区的流动与挑流水舌临近水气交界面的运动在一定程度上均可视为自由湍流,本文用明渠水流的掺气条件对所建立的挑流水舌临界掺气条件进行了近似验证。此外,油水分界面与水气分界面同属两种流体的分界面,其临界失稳机理相同,本文


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