孔板泄洪洞水流三维数值模拟研究.pdfVIP

第 31卷第 1期 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Vo1．3lNo．1 2010年 2月 JournalofNoAhChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower Feb．2O10 文章编号 ：1002—5634(2010)O1—0010—04 孔板泄洪洞水流三维数值模拟研究 赵振兴 ，何 宁 (河海大学环境科学与工程学院，江苏 南京 210098) 摘 要：采用k～ 紊流模型模拟小浪底水电站 9孔板泄洪洞三维水流运动，利用试验资料对其计算结果进 行了验证，数值模拟结果与原型试验数据吻合性良好．通过对数值模拟结果的分析，获得了流速、压力和紊动 能等水力要素的分布规律 ，发现三者均在孔板附近剧烈变化 ，详细地反映出孔板泄洪洞的消能特性 ．数值模 拟结果表 明用 k—s紊流模 型来研究孑L板消能 的水力特性是可行 的，可以与物理模 型并用 ，需更为深入研究 内 部机理和消能特点，为孔板泄洪洞 的应用提供可靠 的参考依据． 关 键 词 ：孔板消能；数值模拟 ；流速分布 ；压力分布 ；紊动能分布 中图分类号 ：TV651．3 文献标识码 ：A 在多泥沙河流中，采用多级孔板泄洪洞消能 ，既 顶部 削角均为 30。，两孔板 之间长度 均为 3倍 洞 可控制水流速度 ，减轻出口的消能负担 ，又可减少造 径 j．1和2孔板之 间为 1消能室；1和 3孔板之 价．我国小浪底水利枢纽采用孑L板消能工将导流隧 间为2消能室 ；3孔板至末端为3消能室． 洞改建为泄洪隧洞 ．改建后两者共用洞段总长达 按 1孔板泄洪洞第一次过流试验的条件和参 3000m，占洞身总长88％，其重复使用率居国内各 数进行计算 ：水库上游水位高程为 210．22nl，流 大水电工程之首．隧洞按压力可分为2段 ：中闸室前 量为 1288m ／s，洞内平均流速为7．8m／s． 为压力段 ，中闸室后为明渠流．1低位孔板泄洪洞的 最大泄流量为 1727In／s，2和 3高位孔板泄洪洞 的泄洪能力均为 15491TI／s．多级孔板泄洪洞消能 效果 良好 ，而且没发生意外事故． 目前对多级孔板消能 问题的研究多是物理模 图1 孔板泄洪洞模型图 型，由于孔板泄洪洞内流动的复杂性，数学模型研究 尚少，很多问题还没能很好地解决．笔者结合小浪底 2 数值计算 ， 水利枢纽 1多级孔板泄洪洞的原型试验结果进行 2．1 紊流模型 了数值模拟研究． 泄洪洞中水流为三维不可压缩流动，用雷诺时 1 计算模型和条件 均方程组和 k—s紊流模型 联合求解 ，控制方程 可写为 ： 为了考虑龙抬头段对流态的影 响，将龙抬头段 连续性方程 塑 + ：0 与孔板段一起进行计算 ，下游截至 中闸室前的渐变 O ， (1) t Ox ’ 段．龙抬头进 口洞径为 12．5m，逐渐扩大到 14．5In， 孔板段洞径为 l4．5m，孔板厚度为 2m，I孔板 内径 动量方程 +毒( 为 10m，2和3孔板 内径为 10，5m ．3个孔板的 上游根部均加一个 1．2m ×1．2in的环形贴角，孔板