巴利尔斯水电站泄水建筑物水工模型试验与数值模拟研究

论文摘要

针对新疆巴利尔斯水电站的水利工程,通过研究溢洪道和导流泄洪洞的各项水力特性,将物理模型试验得到的参数用于验证数值模拟模型部分规律的一致性,并利用数值分析部分物理模型试验由于条件限制无法完成或完成难度较大的水力特性,最终得到泄水建筑物布置的合理性和安全性,并对实际工程有一定的指导作用。主要成果如下:1.溢洪道和导流泄洪洞模型设计合理。溢洪道模型在校核洪水位876.86m试验下泄流量较设计计算下泄流量小37.82m3/s,约小4.60%,说明由迷宫堰控制过流的溢洪道过流能力基本满足设计要求。导流泄洪洞模型在校核洪水位876.86m试验下泄流量较设计计算下泄流量大67.03m3/s,约大10.83%,说明导流泄洪洞的过流能力满足设计要求。溢洪道设计洪水位875.34m和校核洪水位876.86m下按迷宫堰前缘展开的折线溢水宽度167.236m计算的的流量系数分别为0.261和0.220,按迷宫堰前进口的过水宽度为56.00m计算的流量系数分别为0.839和0.708。导流泄洪洞设计洪水位875.34m和校核洪水位876.86m流量系数均为0.797。2.优化设计方案后溢洪道引渠段、迷宫堰控制段和一级陡坡段、二级陡坡段、挑坎段水流流态均良好,除一级等宽陡坡0+021.6000+024.000断面之间边墙高度不足外,其他各段边墙高度均满足过流要求。导流泄洪洞进水口、放水塔前压力隧洞、放水塔洞身段流态均良好,洞身段尺寸满足过流要求,明渠段、挑坎段边墙满足过流要求。3.修改方案沿程无负压出现。水流空化数大多数在0.8以上,最小值不低于0.5,所以在运行时水流对实际工程产生的空化影响可以忽略不计。流速较大,最大流速在28m/s左右,属于高速水流范畴,需控制施工不平整度,可以不设掺气坎。4.对修改方案利用Fluent软件对溢洪道水力特性进行了数值模拟研究。将水面线、流速、压强等水力参数验证数值模拟结果,利用数值模拟模拟了物理模型中未能测量或难以测量的水力参数并对比,说明了验证后的物理试验的可行性和数值模拟的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 迷宫堰国内外研究进展
•     1.2.2 数值模拟国内外研究进展
•   1.3 主要研究内容
•   1.4 研究方案
• 2 模型设计
•   2.1 模型相似理论
•   2.2 工程概况
•   2.3 模型设计及制作
•   2.4 量测方法与设备
•   2.5 测点布置
•   2.6 试验工况
•   2.7 本章小结
• 3 设计方案水力特性分析
•   3.1 设计方案泄水建筑物泄流能力
•     3.1.1 溢洪道库水位与泄流量关系
•     3.1.2 溢洪道库水位与流量系数关系
•     3.1.3 导流泄洪洞库水位与泄流量关系
•     3.1.4 导流泄洪洞库水位与流量系数关系
•   3.2 设计方案泄洪建筑物各段水流流态
•     3.2.1 溢洪道水流流态
•     3.2.2 导流泄洪洞水流流态
•   3.3 设计方案泄洪建筑物各段水深
•     3.3.1 溢洪道水深分析
•     3.3.2 导流泄洪洞水深分析
•   3.4 设计方案泄洪建筑物各段压强分布
•     3.4.1 溢洪道压强分析
•     3.4.2 导流泄洪洞压强分析
•   3.5 设计方案泄洪建筑物各段流速分布
•     3.5.1 溢洪道各段流速分布
•     3.5.2 导流泄洪洞各段流速分布
•   3.6 本章小结
• 4 修改方案水力特性分析
•   4.1 修改方案的形成及原因
•   4.2 修改方案泄水建筑物泄流能力
•     4.2.1 溢洪道库水位与泄流量关系
•     4.2.2 溢洪道库水位与流量系数关系
•     4.2.3 导流泄洪洞库水位与泄流量关系
•     4.2.4 导流泄洪洞库水位与流量系数关系
•     4.2.5 溢洪道和导流泄洪洞联合泄洪库水位与泄流量关系
•   4.3 修改方案导流建筑物泄流能力
•     4.3.1 引水发电洞（兼导流）库水位与泄流量关系
•     4.3.2 导流泄洪洞和引水发电洞联合导流库水位与泄流量关系
•   4.4 修改方案泄洪建筑物各段水流流态
•     4.4.1 溢洪道水流流态
•     4.4.2 导流泄洪洞水流流态
•     4.4.3 引水隧洞（兼导流）水流流态
•   4.5 修改方案泄洪建筑物各段水深
•     4.5.1 溢洪道各段水深
•     4.5.2 导流泄洪洞各段水深
•   4.6 修改方案泄洪建筑物各段压强分布
•     4.6.1 溢洪道各段压强分布
•     4.6.2 导流泄洪洞各段压强分布
•   4.7 修改方案泄洪建筑物各段流速分布
•     4.7.1 溢洪道各段流速分布
•     4.7.2 导流泄洪洞各段流速分布
•   4.8 修改方案泄洪建筑物水流空化数估算
•     4.8.1 溢洪道陡坡段水流空化数估算
•     4.8.2 检修门槽处的水流空化数估算
•     4.8.3 导流泄洪洞水流空化数估算
•   4.9 修改方案泄洪建筑物下游冲刷试验
•     4.9.1 导流泄洪洞出口挑坎下游冲刷试验
•     4.9.2 溢洪道二级陡坡末端一级挑流消能冲刷试验
•     4.9.3 溢洪道退水渠末端二级底流消能冲刷试验
•   4.10 本章小结
• 5 溢洪道泄流能力数值模拟
•   5.1 紊流数值理论
•   5.2 模型建立与计算前的准备
•   5.3 模拟结果分析
•     5.3.1 溢洪道流态比较
•     5.3.2 溢洪道水流水面线对比
•     5.3.3 溢洪道流速比较
•     5.3.4 溢洪道压强比较
•   5.4 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄智文

导师: 张宗孝,王平

关键词: 泄水建筑物,优化设计,模型试验,水力特性,消能防冲,数值模拟

来源: 西安理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 西安理工大学

分类号: TV131.61

总页数: 99

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