【摘要】：目前,我國在消能防沖方面取得了較多成果,大部分高水頭、大單寬流量水利樞紐的泄洪消能問題得到了解決。隨著水電資源的開發(fā),水頭較高的水電資源越來越少,低水頭閘壩式電站的開發(fā)成為水電建設(shè)的主要方向。但是這類泄水建筑物多具有水頭低、單寬流量大、弗勞德數(shù)低、尾水深以及下游水位落差變幅大等特點(diǎn),因此閘壩工程在樞紐布置和閘下消能等方面的問題顯得特別突出。如何合理的布置樞紐以滿足泄洪要求、選擇合適的消能工以滿足閘下消能,相關(guān)問題的解決在閘壩設(shè)計(jì)中顯得尤為關(guān)鍵。旬陽水電站工程最大壩高58m,左五孔設(shè)計(jì)最大單寬泄流量達(dá)161m~2/s,屬于典型的低水頭、大單寬泄量閘壩式水利樞紐,下游采用底流消能,挖深式消力池。本文以該工程左五孔泄洪沖沙閘消力池為例,采用數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法,探究閘壩式水利樞紐消力池內(nèi)的水力特性,選擇合適的消力池體型。主要研究成果如下:(1)旬陽水電站左五孔泄洪沖沙閘模型試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn):在原設(shè)計(jì)方案下,其泄流能力基本滿足設(shè)計(jì)要求,壓強(qiáng)、流速沿程分布合理,但在部分局開工況且上下游水頭差較大時(shí),下泄水流不能經(jīng)由挑坎挑射出去,在閘室內(nèi)形成臨門水躍,水流紊動(dòng)劇烈,有可能對(duì)泄水建筑物安全運(yùn)行造成影響。(2)針對(duì)原設(shè)計(jì)方案存在的問題,通過水工模型試驗(yàn)對(duì)多個(gè)消力池體型進(jìn)行研究分析與對(duì)比后,最終得到了消力池推薦體型,即采用在壩下0+84m處設(shè)置4.5m高的直墻式消力坎。推薦體型過水試驗(yàn)結(jié)果表明:中小流量泄洪時(shí),水躍躍首后移至閘室末或閘室外,同時(shí)大洪水的泄洪消能效果也不受影響。(3)為進(jìn)一步分析消力池內(nèi)水流的水力特性、得到池中連續(xù)的流場(chǎng)信息,運(yùn)用FLOW-3D軟件對(duì)不同體型消力池進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,得到了不同體型消力池內(nèi)的水流流態(tài)、流速、能量耗散率等水力參數(shù)及其分布規(guī)律。(4)將模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:數(shù)值模擬能較好地模擬水流在消力池中的水躍狀態(tài),數(shù)值模擬結(jié)果與物理模型試驗(yàn)結(jié)果基本符合,說明本次數(shù)值模擬計(jì)算選用的模型及方法合理。其研究結(jié)果可對(duì)本工程實(shí)踐提供一定的指導(dǎo),同時(shí),還可供類似工程進(jìn)行參考。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV653

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本文編號(hào)：2748949