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渐扩折坡型消力池水跃特性研究

梁砚  
【摘要】:经由建筑物下泄的水流往往具有较高的流速,对下游河床具有明显的破坏能力。消能防冲是泄水建筑物,尤其是高水头、大流量泄水建筑物设计要解决的主要问题。常用的消能方式可按高速主流的位置与状态分为底流水跃消能、挑流消能、面流消能等几类,由于底流消能消能效果十分显著,适用于高、中、低水头各类泄水建筑物和各种地基条件,作为一种基本的消能型式,在我国获得了广泛应用。消力池的型式一般可分为平底式和斜坡式两大类,可根据地形、地质和水力条件,通过技术经济综合比较选定。渐扩折坡消力池能较好的适应工程实际需要,渐扩体型和折坡水跃使得此类消力池消能效果良好,并能适应下游水位变化。与常规的矩形消力池相比,具有消能效果良好、保护下游边坡、缩短消力池长度等优点。在实际工程中,渐扩折坡消力池已有了较为广泛的应用,如布伦口水电站、喜河水电站等,而对渐扩折坡消力池水跃公式的理论研究较少。本文以实际工程为研究对象,通过水工模型试验,对不同工况下该型消力池的水跃流态,及跃长,跃后水深等水跃特征进行了研究。首先,就物理模型试验结果结合已有经验公式,分析对比了在相同来流条件下,等宽平底型,等宽折坡型,渐扩折坡型消力池的计算跃后共轭水深。其次,在物理模型试验的基础上,采用标准κ-ε紊流模型结合VOF多相流模型,建立了消力池段的三维数值模型,对扩散折坡水跃的水跃特征参数及流速分布等进行了研究。数值模拟计算结果所得的水跃位置,跃后水深,旋滚长度值等与物理模型试验结果有较好的一致性。在此基础上,通过数值模拟研究比较了渐扩段扩散角度对消力池水力特性的影响。


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