本文關(guān)鍵詞：基于雨洪高效安全利用的梯形迷宮堰優(yōu)化設(shè)計研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國西北旱區(qū)水資源嚴重短缺,缺水已成為制約城市發(fā)展的重要瓶頸。雨洪資源作為西北旱區(qū)的主要地表水資源主要集中在主汛期,洪峰高量大,若能將汛期雨洪資源充分攔蓄到水庫工程中來解決旱季的缺水問題,效果將十分明顯。迷宮堰的堰頂形狀為鋸齒狀,在提高水庫泄流能力、增大已建水庫的興利庫容方面效果顯著。它作為一種實用、高效的特殊體型,適用于需要增大泄洪能力、蓄水能力但泄流前沿寬度又受到限制的水庫及水電站等樞紐工程中,且工程造價及日常維護費低,管理簡單,非常適合在中小型老水庫中推廣應(yīng)用。當(dāng)前迷宮堰泄流能力的確定方法為物理實驗法,采用數(shù)值模擬方法研究清楚迷宮堰的泄流規(guī)律,然后在此基礎(chǔ)上,如何從雨洪資源高效安全利用的角度出發(fā)提出對應(yīng)的體型優(yōu)化設(shè)計的基本原則、建立優(yōu)化模型并求解,仍為空白。因此,本研究通過軟件模擬迷宮堰的泄流流態(tài),泄流能力,然后在搞清迷宮堰泄流能力的基礎(chǔ)上,提出應(yīng)用于工程設(shè)計的標(biāo)準化設(shè)計方法。(1)結(jié)合非恒定流算法,采用標(biāo)準k-ε紊流雙方程模型,運用PISO法對壓力-速度進行耦合,引入VOF方法處理自由水面,根據(jù)氣-液兩相流計算模型模擬了迷宮堰在不同堰上水頭下的泄流流態(tài)水流。結(jié)果表明:影響迷宮堰泄流能力的主要影響因素為水舌干擾,隨著水舌干擾程度和范圍的增大,迷宮堰的泄流能力不斷減小;水舌干擾程度與范圍主要與堰上水頭與堰高比和側(cè)墻夾角有關(guān),堰上水頭越高,干擾的程度和范圍越大,側(cè)墻夾角增大可減小水舌的干擾程度和范圍。(2)結(jié)合恒定流算法,采用標(biāo)準k-ε紊流雙方程模型,運用SIMPLE算法對壓力-速度進行耦合,分別計算了迷宮堰在不同側(cè)墻夾角、不同堰上水頭下的泄流能力,數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好,并驗證了迷宮堰的泄流能力與側(cè)墻夾角、堰上水頭與堰高比有關(guān)這一結(jié)論,同時也表明利用FLUENT軟件數(shù)值模擬迷宮堰堰流得到的結(jié)果是合理的。(3)在對迷宮堰的泄流能力分析的基礎(chǔ)上,通過控制水位不變,采用非線性規(guī)劃法研究堰高與側(cè)墻夾角的關(guān)系;以保證迷宮堰正常泄流、單宮室縱向長度不大于溢洪道控制段長度和大壩安全為約束條件,以最大限度地抬高堰頂高程為目標(biāo)函數(shù),建立模型,并對模型進行優(yōu)化及求解。分析并得到了當(dāng)壩頂高程分別由正常蓄水位、設(shè)計水位、校核水位控制時的迷宮堰最優(yōu)堰型的確定方法。結(jié)果表明:水庫改建后,當(dāng)壩頂高程由正常蓄水位控制時,采用迷宮堰能夠降低校核水位(或設(shè)計水位),提高水庫的防洪標(biāo)準;當(dāng)壩頂高程由校核水位(或設(shè)計水位)控制時,采用迷宮堰能夠滿足大壩安全泄洪要求,水庫蓄洪能力得到了大幅度的提高。整個優(yōu)化設(shè)計方法實現(xiàn)了雨洪資源的高效安全利用。(4)將梯形迷宮堰增容技術(shù)運用到l嫼鈾夂兔庸廝繒鏡裙こ討，

本文編號：285903