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溢洪道水力特性的数值模拟及实验研究

郑小玉  
【摘要】:随着高水头电站的兴建,泄洪建筑物溢洪道的泄流流量越来越大,对溢洪道的设计要求也越来越高,因而开展溢洪道水力特性的研究具有重大的现实意义。本文在总结前人研究的基础上,采用理论和实践相结合的方法,对溢洪道的水力特性如:水面线、压强分布规律、流速分布、流态等,采用经典水力学数值计算、紊流数值模拟、模型试验三种方法进行了研究,主要成果归纳如下: 1 对溢洪道的水力特性进行经典水力学数值计算,并自行编写了关于溢洪道水力计算的Visual Basic程序,通过程序计算可以得出溢洪道泄槽的水面线和扭曲挑流鼻坎的自由水面、流场等,溢洪道的水力特性通过计算可以以图形这一直观的表现方式展示出来,且结果可以输出到文本文件中保存。 2 利用非恒定流k-ε模型和追踪自由表面的VOF法,对溢洪道泄槽水流进行了三维流场的紊流数值模拟研究,通过数值模拟计算,得到了溢洪道泄槽的自由水面线、压力分布以及流场等,并将计算结果与自编VB程序和模型试验结果进行对比分析,分析结果三者吻合度较好。 3 对溢洪道进行了实验研究,实验在三板溪电站的整体水工模型试验上进行,通过模型试验得出了泄槽和挑流鼻坎的水面线、压力、流速及控制断面的流速分布。 4 模型试验研究了不同体型的溢洪道挑流鼻坎对下游河道尾水影响及河床的冲刷的情况,结合下游河道对挑流鼻坎体型进行调整,最 WP=5 终选出了较优的挑流鼻坎体型。 5 采用实验和计算相结合的方法,对模型糙率不相似问题作了初步的研究。研究表明,当原型溢洪道的水面线和模型的水面线偏差在设计规范允许的范围内时,模型试验就可以忽略糙率不相似的问题,从而免除了溢洪道糙率的修正过程。


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