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某抽水蓄能电站下水库无压排洪洞体型优化试验研究

某抽水蓄能电站下水库无压排洪洞体型优化试验研究

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作者：戈一皓西安理工大学

学位级别：硕士

排洪洞是水利工程中常用的泄水建筑物,其布置型式与结构设计受地质特征、工程特点等限制,易存在进口绕流、泄洪消能不足等多种不利现象,危及工程安全。本文以某抽水蓄能电站下水库排洪洞为研究背景,通过水工模型试验对排洪洞内水流流动... 详细信息

排洪洞是水利工程中常用的泄水建筑物,其布置型式与结构设计受地质特征、工程特点等限制,易存在进口绕流、泄洪消能不足等多种不利现象,危及工程安全。本文以某抽水蓄能电站下水库排洪洞为研究背景,通过水工模型试验对排洪洞内水流流动特性进行研究,验证排洪洞体型和布置的合理性,针对试验存在的问题进行系列优化试验比对得出优化推荐体型。对排洪洞推荐方案进行系统的模型试验与数值模拟计算,进一步说明优化布置的可行性和安全性,为实际工程设计提供依据。主要研究内容和成果如下:(1)对水工模型试验进行流态观测和数据分析,发现原方案存在进口流态差和洞高不足问题。试验通过优化进口导墙、洞进口前设置折线堰以及加高进口洞身边墙等方式,优化后观测发现排洪洞内左右来回折冲和水面沿程起伏现象大幅减弱,进口段流态整体较好。同时受进流条件改善的影响,校核洪水流量484.6m3/s时排洪洞进口断面平均水深较优化方案一低2.58m,且大于规范15%的净空面积要求,满足过流和流态要求。(2)研究排洪洞出口设置消力池消能的可行性。观测发现下游河道被严重冲刷,利用理论方法进行消力池水力计算,通过模型试验在明渠段对不同尺寸的消力池内部流态进行对比。结合理论计算和模型试验结果最终确定在宽度不变情况下,消力池采用长48.00m、深6.00m,可满足校核洪水流量水跃消能要求,减轻对下游河道的冲刷。(3)对优化推荐方案排洪洞整体的泄流能力、流态、流速、压力分布等水力特性进行分析研究。校核洪水位1212.14m时试验流量较设计值偏大约1.0%,说明排洪洞泄量满足泄流要求。估算排洪洞段及明渠段掺气水深,按照设计规范给出各段建议边墙高度。同时对下游河道进行冲刷试验,研究冲刷坑范围及深度,给出下游消能措施优化改进建议。(4)用Fluent软件对排洪洞整体进行三维流场数值模拟,将计算域内的水流流态、水面线、流速及压强计算结果与模型试验结果进行对比分析,结果显示两者吻合度较好。数值模拟结果表明下游梯形渠段边墙推荐高度合理,消力池前部抛物线段出现负压较小现象,结合该部位水流空化数大于0.3,可暂不考虑空化水流问题。

关键词：无压排洪洞模型试验底流消能体型优化数值模拟

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