本文關(guān)鍵詞：寬尾墩體型及階梯形態(tài)對(duì)階梯面摻氣特性影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工因具有消能率高、節(jié)約工程投資等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高壩泄洪建筑物中,但在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),在大單寬流量下,下泄水流在階梯溢流壩前幾級(jí)階梯面容易發(fā)生空化現(xiàn)象,導(dǎo)致階梯溢流壩面發(fā)生空蝕破壞。工程實(shí)踐表明,優(yōu)化寬尾墩體型和階梯形態(tài),可以保證出墩水流平順過渡到階梯溢流壩,亦可增大階梯面底部水流的摻氣濃度,因而有效減緩階梯面發(fā)生空蝕空化破壞,進(jìn)而使此消能工應(yīng)用于高水頭和大單寬流量工況。目前對(duì)寬尾墩+階梯溢流壩+消力池一體化消能工的研究大多數(shù)傾向于對(duì)階梯溢流壩的整體消能和摻氣效果的探索,而對(duì)階梯溢流壩上單個(gè)階梯垂直固壁面和水平固壁面的負(fù)壓分布和水流摻氣濃度分布規(guī)律未做深入研究。當(dāng)寬尾墩體型和階梯形態(tài)設(shè)計(jì)不佳時(shí),水流流態(tài)不能平順的過渡,致使單個(gè)階梯垂直固壁面和水平固壁面的摻氣濃度較低,階梯面上出現(xiàn)負(fù)壓,易使階梯面容易發(fā)生空蝕破壞。本文基于以上問題,結(jié)合云南省阿海水電站“溢流表孔寬尾墩+階梯溢流壩+消力池”模型試驗(yàn),采用修正的三維k-ε紊流模型,對(duì)對(duì)稱和非對(duì)稱Y型寬尾墩+階梯溢流壩+消力池一體化消能工的三維流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬范圍從上游庫區(qū)至下游消力池尾坎,通過實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的對(duì)比分析,驗(yàn)證了本次數(shù)值模擬的可行性,系統(tǒng)分析了對(duì)稱寬尾墩和非對(duì)稱寬尾墩收縮比對(duì)階梯面摻氣空腔長度和壓強(qiáng)分布及大小的影響規(guī)律,對(duì)稱寬尾墩收縮比和階梯溢流壩首級(jí)臺(tái)階臺(tái)面角度對(duì)階梯面摻氣特性和消能特性的影響,為階梯溢洪道應(yīng)用于大單寬流量及體型優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。主要研究成果如下：(1)模擬結(jié)果顯示,對(duì)稱寬尾墩條件下,出墩水流在階梯溢流壩面產(chǎn)生的摻氣空腔長度隨收縮比ε減小而增大,階梯面最大負(fù)壓隨寬尾墩收縮比ε的減小而減少,但階梯面負(fù)壓分布范圍逐漸擴(kuò)大；階梯面沿程平均摻氣濃度略有波動(dòng),但總體呈減小趨勢(shì),隨收縮比減小,階梯面摻氣范圍減小。在前幾級(jí)階梯面,摻氣充分,沿階梯水平固壁面向外,摻氣濃度呈先減小后增大的趨勢(shì),而沿階梯垂直固壁面向下,摻氣濃度先增大后減小,相同斷面處平均摻氣濃度隨收縮比減小而增大。在摻氣末端的階梯面上,沿階梯水平固壁面向外,摻氣濃度逐漸增大,而沿階梯垂直固壁面向下,摻氣濃度逐漸減小,相同斷面處平均摻氣濃度隨收縮比減小而減��；階梯溢流壩消能率隨寬尾墩收縮比的減小而增大。(2)非對(duì)稱寬尾墩條件下,隨著收縮比逐漸減小,階梯摻氣空腔長度逐漸增大,且側(cè)收縮角較大的一側(cè)的空腔長度是側(cè)收縮角較小一側(cè)空腔長度的4-5倍；空腔內(nèi)負(fù)壓隨收縮比減小而減少,但階梯負(fù)壓分布范圍逐漸擴(kuò)大,各級(jí)階梯外邊緣均出現(xiàn)負(fù)壓,空腔內(nèi)最大負(fù)壓出現(xiàn)在首級(jí)階梯垂直固壁面上。(3)首級(jí)臺(tái)階臺(tái)面上挑時(shí)階梯面摻氣比下跌或水平時(shí)充分,消能效果好,反弧段與消力池底板上紊動(dòng)能k及紊動(dòng)耗散率ε較大,且消力池底板壓力和臨底流速較小。本文對(duì)阿海水電站Y型寬尾墩+階梯溢流壩+消力池溢流表孔進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)單寬流量達(dá)160m3/(s·m)時(shí),階梯溢流面負(fù)壓為-10.24kPa～-46.38kPa,最大負(fù)壓出現(xiàn)在寬尾墩出口與階梯溢流壩連接處以及首級(jí)階梯垂直固壁面上,針對(duì)階梯面可能產(chǎn)生的空蝕破壞,需要進(jìn)一步探討。
【關(guān)鍵詞】：工程水力學(xué) Y型寬尾墩 階梯溢流壩 RNG k-ε 紊流模型 空蝕空化
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV135.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 概述14-15
• 1.2 寬尾墩的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 寬尾墩聯(lián)合消能工應(yīng)用與發(fā)展16-18
• 1.2.2 寬尾墩體型簡介18-19
• 1.3 階梯溢流壩的研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 階梯溢流壩消能工的應(yīng)用與發(fā)展19-21
• 1.3.2 階梯溢流壩消能率計(jì)算21-22
• 1.4 寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工的發(fā)展現(xiàn)狀以及不足22-24
• 1.4.1 寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工的發(fā)展現(xiàn)狀22-23
• 1.4.2 寬尾墩+階梯溢流壩+消力池的一體化消能工的不足23-24
• 1.5 摻氣減蝕問題的研究24-28
• 1.5.1 泄水建筑物空蝕問題現(xiàn)狀24-25
• 1.5.2 空蝕問題產(chǎn)生原因及預(yù)防措施25-26
• 1.5.3 摻氣減蝕問題的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.6 本文主要研究的方法和內(nèi)容28
• 1.7 本章小結(jié)28-30
• 第二章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及紊流數(shù)值模擬30-46
• 2.1 模型試驗(yàn)裝置介紹30-34
• 2.1.1 工程概況30
• 2.1.2 模型試驗(yàn)裝置30-34
• 2.2 水氣兩相流及紊流數(shù)值模擬理論及數(shù)值計(jì)算方法34-42
• 2.2.1 水氣兩相流的研究現(xiàn)狀34-35
• 2.2.2 紊流模型理論35-40
• 2.2.3 自由表面追蹤VOF模型40-42
• 2.3 模擬的幾何區(qū)域及網(wǎng)格劃分42-44
• 2.4 模型的邊界條件44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第三章 寬尾墩體型對(duì)階梯面摻氣特性的影響46-66
• 3.1 對(duì)稱寬尾墩收縮比對(duì)階梯面摻氣空腔長度和階梯面壓力的影響46-51
• 3.1.1 物理模型與試驗(yàn)方案46
• 3.1.2 階梯面水流流態(tài)分布及摻氣空腔長度分布46-49
• 3.1.3 階梯面壓強(qiáng)大小及分布圖49-51
• 3.2 對(duì)稱寬尾墩收縮比對(duì)階梯面摻氣和消能的影響51-55
• 3.2.1 寬尾墩收縮比對(duì)階梯面摻氣濃度的影響51-54
• 3.2.2 寬尾墩收縮比對(duì)消能率的影響54-55
• 3.3 非對(duì)稱寬尾墩收縮比對(duì)消能特性的影響55-64
• 3.3.1 模擬方法與模擬方案56-58
• 3.3.2 水流流態(tài)58-59
• 3.3.3 階梯面摻氣空腔長度分布59-60
• 3.3.4 階梯面時(shí)均壓強(qiáng)分布60-61
• 3.3.5 單個(gè)階梯面垂直固壁面時(shí)均壓強(qiáng)的人小及分布61-62
• 3.3.6 單個(gè)階梯面水平固壁面時(shí)均壓強(qiáng)的大小及分布62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第四章 首級(jí)階梯臺(tái)面角度對(duì)階梯面摻氣特性的影響66-74
• 4.1 模擬方法及模擬方案66-67
• 4.2 數(shù)值模型的驗(yàn)證67
• 4.3 階梯面摻氣空腔長度分布67-68
• 4.4 階梯面時(shí)均壓力分布68-69
• 4.5 消能效果對(duì)比69-70
• 4.6 消力池底板壓力及流速分布70-72
• 4.7 本章小結(jié)72-74
• 第五章 結(jié)論與展望74-78
• 5.1 結(jié)論74-75
• 5.2 展望75-78
• 致謝78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 附錄 作者攻讀碩士期間發(fā)表的論文和參加的科研項(xiàng)目84-85

【引證文獻(xiàn)】

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 羅秉珠;黎戈;陳龍;劉學(xué)章;閉多能;;頂部跌流型寬尾墩在平班水電站中壩的應(yīng)用及其效果[A];第二屆全國水力學(xué)與水利信息學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2005年

2 羅秉珠;;戽流消能技術(shù)的新發(fā)展——巖灘水電站寬尾墩與戽式消力池聯(lián)合消能工的研究與應(yīng)用紀(jì)實(shí)[A];2002年水工專委會(huì)學(xué)術(shù)交流會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2002年

  本文關(guān)鍵詞：寬尾墩體型及階梯形態(tài)對(duì)階梯面摻氣特性影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：372307