曲面X型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究.pdf

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1、第44卷第17期人民长江VoI．44．No．172013年9月YangtzeRiverSep．，2013文章编号：1001—4179(2013)17—0076—04曲面X型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究薛阳，徐建荣，彭育，徐玲君(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州310014)摘要：为了高精度模拟水流通过水工建筑物时的流场特性，采用CLSVOF法并引入RNGk一紊流模型的新型数值模拟方法，对某水电站曲面x型宽尾墩泄流时的水力特性进行了三维数值模拟研究，获得了宽尾墩闸室内水流流态、水面线、流速、压力等水力参数。数值模拟结果与物理模型试验结

2、果吻合良好，验证了CLS—VOF数值模拟方法的可靠性。关键词：CLSVOF法；RNGk一8紊流模型；曲面型x宽尾墩；表孔泄流中图法分类号：0359．1文献标志码：A近年来，x型宽尾墩在工程实际中的应用比较广法，对某水电站曲面x型宽尾墩进行了三维数值模拟泛，主要用于高水头大单宽流量电站中，与坝后台研究，获得了宽尾墩闸室内水流流态、水面线、流速及阶溢流面联合泄流消能。水流受宽尾墩作用，在空中压力等水力要素的变化规律，并通过物理模型实验结充分扩散，掺混大量气体，并且水舌落入消力池后，在果验证了数值模拟方法的可靠性。消力池中形成三元素动水流，增大了消能

3、效果，可以缩1控制方程短消力池长度，因此在消能效果与节省工程量上有其独特的优点。近年来许多学者已经在宽尾墩体型本文结合某水电站曲面x型宽尾墩，采用CLS．设计与改进上进行了一些研究，由于宽尾墩体型VOF法以及RNGk～紊流模型的新型数值模拟方法复杂，在其作用下自由水面等水力要素比常规水工建对整体流场进行了数值模拟，控制方程如下：筑物复杂许多，因此目前对宽尾墩体型的设计和优化连续方程还主要依靠模型实验来确定。塑+丝：0(1)数值计算模拟作为一种水力学问题的重要研究途OtOx，、径，一些学者在数值模拟宽尾墩水力特性方面也取得N—S方程了一定的成果，

4、如张挺采用VOF法和标准～s紊流OuOu，模型对宽尾墩与阶梯溢流坝联合流场进行了三维数值OtOxj模拟，给出了流场压力特性、流速分布和消能效果等水Op力特性。牛坤同样采用该方法对莲花台水电站宽一+毒[(+。．。845P÷)‘Ouz+善)](2)尾墩和挑流消能工的联合消能进行了三维数值模拟，k方程获得了流场的水力参数指标¨。但是，数值模拟技术一在模拟水工建筑物流场特性的同时也存在精度不高，Ot’模拟结果与模型实验存在一定误差的缺点。在总结前人经验的基础上，本文采用了CLSVOF去[1．39(+0．O845p)]+G+p(3)法同时引入RNGk～紊

5、流模型的新型数值模拟方s方程收稿日期：2013～O5—15基金项目：国家自然科学基金项目(50579085)作者简介：薛阳，男，工程师，博士，主要研究方向为水工水力学。E第17期薛阳，等：曲面x型宽尾墩闸室内水力特性模拟研究79图7沿程水面线比较4结语本文利用CLSVOF法结合RNGk一8紊流模型，对曲面x型宽尾墩闸室内及闸墩后水流的水力特性进行了三维数值模拟研究。通过与物理模型试验结果进行对比，验证了模拟方法的可靠性，说明其可以较好地模拟计算具有复杂自由水面的流场运动问题，在复杂水流模拟计算方面具有较为广泛的应用前景。图5闸室内底板压力对比参

6、考文献：图6给出了距溢流堰堰面3m高位置处的闸室内[1]何光同，曾宪康，李祖发．水东水电站新型消能工结构优化设计沿程流速分布。从图中可以看出，水流进入闸室后，流[J]．水力发电，1994，(9)：26—28．速开始增大。在闸室中部附近，受后部的宽尾墩收缩[2]南晓红，粱宗详，刘韩生．新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研断面宽度的影响，流速增长缓慢，流速曲线接近水平。究[J]．水利学报，2003，(8)：49—57．而在宽尾墩中部以后，流速又开始快速增大，直至出[3]尹进步，梁宗祥，郑治，等．与宽尾墩联合使用的消力池地板压强特性试验研究[J]．水力

7、发电学报，2011，30(4)：103—108．口。对于流量较大的工况，沿程流速均大于流量较小[4]尹进步，梁宗祥，龚红林．X宽尾墩应用与发展的试验研究[J]．水的工况。力发电学报，2007，26(4)：36—41．[5]张鸿琴，孙保平，贺威，等．x型宽尾墩在鲁地拉水电站中的应用[J]．西北水电，2007，(4)：40—45．[6]胡耀华，伍超，张挺．x型宽尾墩阶梯掺气空腔影响因素分析[J]．四川大学学报：工程科学版，2007，39(3)：24—29．[7]辜晋德，练继建．X型宽尾墩的动水荷栽特性及体型优选研究[J]．水利水电技术，2011，4

8、2(1)：58—61，72．[8]张挺，伍超，卢红，等．x型宽尾墩与阶梯溢流坝联合消能的三维流场数值模拟[J]．水利学报，2004，(8)：15—20