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宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟

张挺  
【摘要】:把宽尾墩的技术应用于阶梯溢流坝,使之形成宽尾墩、阶梯式溢流坝面和消力池相结合的一体化水工设施,这种新型消能方式兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的优点,小流量泄流时,可充分利用阶梯旋滚消能,大流量泄流时,出闸室水流形成水翅,存在多个水气交界面,墩后气腔形成气体卷吸,两股水翅在空中发生碰撞,水气掺混剧烈,消能率得到提高,其单宽流量比纯阶梯溢流坝可增大数倍,这种一体化设施的流场具有明显的三维特性。本文在总结前人研究成果的基础上,结合模型实验数据,对宽尾墩、阶梯溢流坝面和消力池一体化设施的三维流场进行了数值模拟,对存在的部分问题进行了探讨,对设计具有一定的参考意义。本文主要的研究内容和研究成果有: ①宽尾墩和阶梯溢流坝一体化水工设施流场的三维数值模拟在相关的文献中未见报道,本文首次成功地模拟了其三维流场,模拟得到了墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体以及阶梯面上的旋滚等,重现了抛物线型水气交界面。并对网格生成进行了研究,提出了针对复杂水工建筑物网格生成应遵循的三种方法。 ②本文的研究结合索风营水电站实际工程,该工程第一次采用了X型宽尾墩。通过对X型和Y-Ⅱ型宽尾墩两种墩型的对比,表明X型宽尾墩在小流量泄洪时,水流不受宽尾墩影响,充分利用阶梯溢流坝旋滚消能,大流量泄洪时,水流以收缩射流形式下泄,利用水翅在空中的碰撞掺混提高消能效果。


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