麒麟寺水电站泄洪闸水力特性研究

论文摘要

近年来,随着水利工程的快速发展,在我国西南和西北峡谷地带对中小型水电站和低水头泄洪闸等工程的需求越来越多,也凸显出一系列工程安全问题:例如,水工建筑物设计不合理导致泄洪能力不足问题、泄洪建筑物消能不充分导致消力池冲击压力过大造成消力池底板破坏问题、脉动压力引起建筑物共振问题及下游河道和两岸局部受到严重冲刷问题等。因此,在水电工程建设中,根据工程的具体位置和自身特点,合理进行泄洪建筑物布置、优化泄洪建筑物体型对保障整个枢纽工程安全运行和发挥效益具有非常重要的意义。目前流体动力学学科主要的研究手段为理论分析、试验和数值模拟三种。单纯的理论分析很难与实际取得很好的结合;物理试验虽然是工程上最常见的解决手段,但是存在周期长,耗费大等问题;而数值模拟方法则可以将理论和实践很好的结合,且有花费少、速度快、数据信息完整等优点。目前,数值模拟已经成为物理模型试验的重要补充手段之一。本文以白龙江麒麟寺水电站泄洪闸为主要研究对象,通过物理模型试验,对泄洪建筑物水力特性进行了试验研究,并对泄洪闸闸室和消力池区域的水力特性及消力池底板中线脉动压力进行三维数值模拟,取得了以下研究成果:(1)通过对模型试验结果分析,得到了设计方案泄流能力、水面线、闸室压力、消力池动水压力和水流流态等水力要素的实测值和分布规律,论证了设计方案的合理性。(2)通过采用RNG雷诺平均法、VOF自由液面追踪法等对三孔泄洪闸泄洪时的水力特性进行三维数值模拟,分析流场内水力要素等参数发现与模型试验结果比较接近,表明数值模拟作为模型试验的一种补充手段,具有很好的效果。(3)通过对三孔泄洪闸消力池底板中线上的点脉动压力进行大涡模拟,分析得到了脉动压力强度、脉动压力幅值特性、概率密度分布规律和功率谱等典型特征参数,并结合物理模型试验结果进行对比,两种方法所得结论基本一致,表明通过大涡数值模拟方法来对消力池底板脉动压力进行研究是可靠的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究目的和意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 泄洪消能研究概况
•     1.3.2 消力池脉动压力研究概况
•   1.4 本文的主要工作
• 第二章 麒麟寺水电站水工模型试验概况
•   2.1 工程和试验概况
•     2.1.1 工程概况
•     2.1.2 试验概况
•   2.2 试验结果分析
•     2.2.1 泄洪闸泄流能力
•     2.2.2 泄洪闸水面线变化
•     2.2.3 泄洪闸水流流态及流速分布
•     2.2.4 泄洪闸压力分布
•     2.2.5 消力池底板脉动压力
•   2.3 本章小结
• 第三章 泄洪闸三维流场的数值模拟
•   3.1 数值模拟技术的发展
•   3.2 控制方程
•   3.3 自由液面处理
•   3.4 计算模型的建立
•     3.4.1 计算区域和网格划分
•     3.4.2 边界条件设置
•     3.4.3 其他参数设置
•   3.5 计算结果验证分析
•     3.5.1 泄流能力比较
•     3.5.2 水面线比较
•     3.5.3 水流流态和流速分布比较
•     3.5.4 压力分布比较
•   3.6 本章小结
• 第四章 消力池底板中线脉动压力的大涡模拟
•   4.1 大涡模拟理论
•     4.1.1 大涡模拟研究概况
•     4.1.2 大涡模拟产生机理
•     4.1.3 大涡模拟的控制方程
•   4.2 脉动压力产生机理
•   4.3 计算模型建立
•     4.3.1 计算区域及网格划分
•     4.3.2 边界条件和参数设置
•   4.4 计算结果分析
•     4.4.1 时均压力及脉动压力强度分析
•     4.4.2 脉动压力最大振幅估计
•     4.4.3 脉动压力概率密度分布
•     4.4.4 脉动压力的频谱分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李青

导师: 张根广

关键词: 数值模拟,泄流量,水面线,时均压力,脉动压力

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,地球物理学,水利水电工程,水利水电工程,电力工业

单位: 西北农林科技大学

基金: 国家自然科学基金基于床面泥沙三维暴露度的非均匀泥沙输移规律研究基金(编号:51879227)

分类号: O35;TV73;TV135.2

总页数: 70

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