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重力坝下游宽尾墩联合消能工三维数值模拟

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Ｏ 引
言
表孔断面模型取 中间相邻两表孑 Ｌ 及一整墩两个半墩 ，
表孔宽度为 １ ２ ． ４ Ｉ Ｔ １ ， 半墩 宽为 ２ ． ２ ５ ｍ， 其 中表孑 Ｌ 采
用 曲线 形实 用 ＷＥ Ｓ堰 ， 消力 池底 板 高程为 ３ ５ ５ Ｉ Ｔ １ ， 尾
宽 尾墩 是我 国首创 的一 种 堰 顶 收缩 射 流新 型 消
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ６
Ｉ （ １ ｌ ｕ ｉ Ｏ ｋ ＿ ］ ＋ Ｇ —
．
（ ３ ）
ｅ 方程
４ － ８ （ ￣ Ｕｉ Ｅ ）
３ ｔ ’ ａ ｚ
： ：＝
基金项 目： 国家 自然科学基金 资助项 目（ ５ ０ ９ ７ ９ ０ ２ １ ） 作者简介 ： 何 冲（ １ ９ ８ ５ ～） ， 男， 安徽淮北人 ， 合肥工业大学硕士生
理、 经济 ， 使得农 村 饮 水 安 全工 程 在社 会 主 义 新 农 村 建 设过 程 中发 挥 出更加 重要 的意 义 。 ［ 参 考文 献］
Ｅ ｌ ｉ Ｓ Ｌ ３ １ ０ －２ ０ ０ ４ ， 村镇供水工程技术规范Ｉ ｓ ］ ．
［ ２ ］ ＧＢ ／ Ｔ １ ４ ８ ４ ８ －９ ３ ， 地下水质量标准 ［ Ｓ ］ ．
尾墩 消 能工在 我 国水利 工程 中应用 很 广 ， 已在许 多大 中小 型水 电站 中运 用 ， 取 得 了很好 的消能效 果 。
过各断面的时间点不同， 且壁面的热传递也需要
一
ａ ＋
￡ 。
ａ ｚ
一 ０
（ １ ）
定时间， 因此硝基苯被冻入冰体 中的位置也会不
动量 方程
ａ （ ｐ ｕ ｉ ）
坎高度 １ ２ Ｉ Ｔ Ｉ ， 尾坎顶部高程 ３ ６ ｍ。
２ 数学模型
采用 ＲＮＧ 肛ｅ双方 程紊 流模 型 ， 其 中 质量 守恒 方 程（ 连续 方程 ） 、 Ｎ—Ｓ方 程 （ 动量 方 程 ） 和ｋ 、 ｅ方程 分 别为 连续 方程
单位分别对宽尾墩与挑流、 消力池 、 消力戽 、 底孔及阶 梯式溢流坝等消能工联合运行进行研究［ ２ ］ 。目前 ， 宽
墩和消力池底板压强 的分布规律 。数值模拟计算和物理模 型试 验数据 的对 比分析研究 ， 两者吻合较好 ， 表 面数 值模拟分析方 法能
满足工程需求 。
关键 词： 宽尾墩 ； 消力池 ； 物理模型 ； Ｒ Ｎ Ｇ ｋ －￣ 双方程 紊流模 型； Ｖ Ｏ Ｆ方法 ； 体型优化
中图分类号 ： ＴＶ６ ５ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ３ — ５ ７ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ３ ０ ０ — ０ ３
３ ０ ０ 《 工程与建设》 ２ ０ １ ３ 年第 ２ ７ 卷第 ３ 期
变通 和调 整［ ］ 。
刘 晓宇 ， 马春霞 ， 刘 春林 ． 农村 安全饮水 工程设计 要点口］ ． 内蒙 古水利 ， ２ ０ １ ２ （ ３ ） ： １ Ｏ 农 村 饮 水安 全 工 程 存在 规 模 较 小 ， 水 源条 件多 样化 ， 村 民居住 较 分散 以及 地形 较复 杂 等特
ａ （ ｐ ｕ ｉ ｋ）
一
（ ２ ）
１ 物理模型
模 型试 验在 某 水 力学 重 点 实 验 室 进行 。模 型 比 尺 １：１ ０ ０ ， 按 照重 力 相 似 准 则 进 行 。物 理 模 型 流 量
ｋ方程
ａ ￡ ａ ｚ
８
．
采用矩形薄壁量水堰测量 （ 精确到 ０ ． １ ａｍ） ｒ ， 流速采 用毕托管测量， 水位采用水位探测针测量 ， 模型材料 采用有机玻璃制作。试验针对其 中一个方案进行 ， 该 方案为通过试验得出的最优体型优化方案 ： 泄洪闸取
结合数值模拟 旨在实现水利工程中消能工体型优 化的 目的。针对物理模型试验难 以得到的详细的各项水力 学指标 ， 采用 Ｒ Ｎ Ｇ ｋ － ｅ 双方程紊 流模 型和 Ｖ Ｏ Ｆ方法对宽尾 墩消力池联合 消能工 的泄洪流场进行三维数值模拟 ， 获得了泄洪流态 、 流速 、 水 面线 、 坝面 、 闸
重 力 坝 下游 宽尾 墩 联 合 消 能工 三维 数 值 模 拟
何 冲 ， 赛春 宇
２ ３ ０ ０ ０ ９ ） （ 合肥工业大学 土木与水利工程学 院 ， 安徽 合肥
摘
要： 宽尾墩消力池在水利枢纽工程 中已经得到广泛的应 用， 而中高水头宽尾墩 消力池 内部 流场较 为复杂 ， 运用物 理模型试 验
辛永福 ， 晏俊波． 浅谈农村安全饮水工程的水源选择 ｒ Ｊ ］ ． 陕西水
利， ２ ０ １ ２ （ ４ ） ： ９ ９ —１ ０ ０ ．
点， 这些特点使得设计过程 中需要全面分析、 综合考 虑， 针 对 每个具 体 的农村 饮 水安 全项 目 ， 分析其 特 点 ， 研究其独特性 ， 使得工程 的设计方案更加的科学、 合
能工 ， 通过缩窄闸墩末端 ， 使水流更有效地向上及纵 向扩散， 形成窄而高射流， 同时促进掺气 ， 使下游射流 的入水面积增大 ， 消能效果极好＿ １ ］ 。１ ９ ７ ４年 ， 龚振瀛
首次 提 出宽尾 墩布 置应 用 于潘家 口水库 泄洪 消 能 ， 取 得 了较好 的效 果 。到 了 ２ Ｏ世纪 ９ ０年 代 ， 我 国各 研究
． —
同。通过对不 同工况下冰体 中硝基苯 的浓度进行数 值模拟 ， 得出不 同的 因素对冰体 中硝 基苯浓度 的影 响， 以及在不同的工况下冰体中硝基苯 的浓度 。
一
ａ（ ｐ ｕ ｉ ｕ ｊ ）
。 Ｏ ｘｉ
：
ａ ｔ
差＋ 毫 ［ （ ＋ ｛ 、 ａ ｕ ， ＋ ａ ｕ ｊ ￣ ， ］ Ｄ ｇ
Ｓ Ｌ ２ ５ ６ －２ ０ ０ ０ ， 机井技术规范［ Ｓ ］ ． ＧＢ ５ ０ ２ ９ ６ －９ ９ ， 供水管井技术规范Ｉ ｓ ］ ．
李
健． 吕梁 市农 村饮 水安 全 问题探 讨 ［ Ｊ ］ ． 城 乡供水 ， ２ ０ ０ ８

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东庄水利枢纽表孔宽尾墩水力特性研究

东庄水利枢纽表孔宽尾墩水力特性研究

东庄水利枢纽表孔宽尾墩水力特性研究
刘金星;杨敏
【期刊名称】《水资源与水工程学报》
【年(卷),期】2014(0)6
【摘要】为了验证东庄水利枢纽表孔宽尾墩初设方案的泄洪消能特性,在水工模型试验的基础上,采用三维水流的RNG k-ε紊流双方程数值模型、自由面的VOF处理法来模拟表孔宽尾墩水流特性。

根据东庄水利枢纽的初设方案,计算了宽尾墩的泄流能力、流道内的水面线以及水舌的纵向扩散长度和水垫塘的时均冲击压力,并将相应的试验值与计算值相结合进行了对比分析,发现两者吻合度较高。

对比结果表明:2#表孔出口俯角偏小,在高水位时泄流能力受到宽尾墩的影响低于设计值,各工况下ΔPmax均小于15×9.81 k Pa的防护标准,初设方案收缩比偏大、墩尾折角偏小,水舌纵向扩散效果不明显,无法实现表深孔无碰撞消能的效果。

【总页数】6页(P187-192)
【关键词】宽尾墩;模型试验;三维数值模拟;RNG;k-ε紊流模型;水力特性
【作者】刘金星;杨敏
【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV653;TV135.2
【相关文献】
1.高拱坝表孔宽尾墩流道内水流特性的数值模拟研究 [J], 李乃稳;许唯临;张法星;田忠;赵涛
2.百色水利枢纽RCC主坝表孔宽尾墩联合消能工设计与研究 [J], 陆民安
3.高拱坝表孔宽尾墩跌流水舌运动特性研究 [J], 李福田;刘沛清;许唯临;田忠
4.宽尾墩戽式消力池联合消能工的水力特性及其水力计算方法 [J], 谢省宗
5.宽尾墩应用于高拱坝表孔后的压力特性 [J], 卢艳娜;李龙国;李乃稳;刘超;邓军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

对重力坝宽尾墩台阶溢流面坝下消能设计的认识

对重力坝宽尾墩台阶溢流面坝下消能设计的认识

仍然需要通过大量工作初步选定消能型式后 ， 才能 通过水工模型实验最后确定下游消能设施的型式 。
鉴于此 ， 笔者 考 虑 能不 能 简 单 的通 过 一个 或几 个指标 ， 直接初步选定下游消能设施 的型式。这样
４ 初选参数
工程选定后 ， 据 导则选 取 比较参数 为 坝高 根
（ 、 日）泄洪坝段宽度 （ 、 ）单宽流量（ ）上下游水位 ｇ、
５ 参数分析
对这 ４ 个工程的参数进行分析 ， 并打分。根据 打分结果 ， 反推 出伪指标 。然后对伪指标再次进行
对于部分工程的部分方案甚至不再进行水工模型实 验， 从而节省一些资源。
２ 总体思路 和工作程序
提出上面的问题后 ， 笔者设想 ： 根据《 导则》通 ， 过总结 分析 已经 建 成 的 此类 工程 ， 反推 得 出一个 或 几个指标 ， 能够直接初步选定下游消能设施的型式 ， 从而再结合水工模型实验最后确定 。工作 流程 ： 选 择工程一初步分析 ， 初选参数一参数分析 ， 伪指标一 深入分析 ， 选定指标一实例验算一其它说 明一得 出 结论 。
梨 园水 电站可 研 阶段 的 比较 方案 是碾压 混凝 土
重力坝方案 ， 坝高 （ １ ， Ｈ）５ ｒ 堰顶与消力池底板 间 ４ｆ ｌ 的高差 （ ）１ Ｉ， １８ ｌ 消能方式采用的是 ： ｌ 宽尾墩 ＋台 阶溢流面 ＋ 消力池 ， 下游消能设施 采用 的是普通消 力池式 ， 消力池底板高程 １ ８ ｌ ０ｒ ４ ｉ 。 ７１ 指标验算 ． 坝高 Ｈ ＞１５ｍ， 游 消 能 设 施 选 择 消 力 池 型 １ 下
择。
表 １ 参数分析表
备注 ： 打分原则 ， 第一名得 ４ ， 名得 ３ ， 分 第二 分 第三名得 ２ ， 四名得 １ 分 第 分。
闸坝水力学特性的三维数值模拟

闸坝水力学特性的三维数值模拟

闸坝水力学特性的三维数值模拟钟海祥;李彬;徐爱兵【摘要】In the paper,standard k-εdual equation turbulence model,VOF method based on water-gas two phase flow, and FLOW3D software are adopted for numerical simulation on gate dam.Gate dam discharge abilities under different water levels,water surface line of gate chambers and stilling basin in different parts,flow velocity,pressure and other important hydraulic elements are obtained.The results shows that numerical calculation can reach the effect of model test to a certain extent.%本文采用标准k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法，运用FLOW3D软件对闸坝进行数值模拟，得出不同水位下的闸坝泄流能力，以及不同部位的闸室及消力池水面线、流速、压力等重要水力学要素。

结果表明数值计算在一定程度上可以达到模型试验的效果。

【期刊名称】《中国水能及电气化》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P52-56)【关键词】水气两相流;闸坝;数值模拟;泄流能力;水力学要素【作者】钟海祥;李彬;徐爱兵【作者单位】中水电海外投资有限公司，北京100048;中水电海外投资有限公司，北京 100048;中水电海外投资有限公司，北京 100048【正文语种】中文【中图分类】TV135Key words: water two-phase flow; gate dam; numerical simulation; discharge capacity; hydraulics elements1 概述某闸坝设2孔泄洪闸，1孔泄洪冲沙闸，泄洪闸及泄洪冲沙闸过流面净空尺寸均为12.0m×21.0m(净宽×净高)，泄洪冲沙闸后布置深4.5m、长36m消力池。

向家草坝节制闸闸门调度三维数值模拟

向家草坝节制闸闸门调度三维数值模拟

向家草坝节制闸闸门调度三维数值模拟摘要：结合向家草坝节制闸水工模型试验，采用数值模拟计算方法对向家草坝闸门开启方式进行模拟。

具体提出两种方案进行计算。

通过计算得出下游消力池内水流形态、尾坎流速等水力学参数。

对比两种方案的水流形态及流场特性发现，方案二很好的解决了方案一中存在的消力池内水流形态差，尾坎流速分布不均匀的现象，闸门的运行方式较为合理。

关键词：数值模拟；向家草坝；闸门调度；消能防冲向家草坝节制闸具有低水头、大流量的特点。

闸门运行的方式对下游冲刷与岸坡稳定的影响很大[1]。

闸门开启调度过程中，能形成由急流到缓流的多变流态，特别是在闸孔多而各孔难以齐步开启的时候，容易发生不良流态，产生较大的危害[2]。

通过合理的闸门调度控制可以做到降低下游消能防冲要求，减小其危害。

但由于消力池内流场较为复杂，流场测试较为困难，近年来越来越多的学者利用数学建模的方法来研究类似的问题。

文献[3]对自由面溢流堰水流进行了数值模拟研究，取得了较满意的结果。

文献[4]对某工程宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了三维数值模拟研究，得到的数值计算结果与试验结果吻合良好，验证了数值方法是可靠的。

文献[5]对低Fr数宽尾墩消力池内部流场进行了数值模拟，取得了很好的效果。

因此文章根据向家草坝的相关设计与试验资料建立三维数学模型，计算消力池内水流流速、流态等水力特性。

优化其闸门调度方式。

1 数学模型1.1 控制方程流场计算采用标准RNGk-？着紊流模型，自由液面采用VOF方法进行捕捉，采用有限体积法对偏微分方程进行离散，控制方程如下：连续性方程：1.2 模型的建立文章利用向家草坝水工模型试验资料，模型按原型值建立。

计算区域模型如图1所示。

1.3 边界条件及计算工况选取边界条件：水流入口边界采用压力入口边界，水流出口采用压力出口边界。

空气入口边界为自由水面以上的空气入口，同样采用压力入口边界，指定其参考压强为标准大气压。

其他为壁面边界。