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孔梁水库挑坎体型优化研究

2020-12-08阅读(123)

孔梁水库挑坎体型优化研究

论文摘要

近年来溢洪道不仅作为水库安全运行和调洪泄流的重要组成部分,也是科研关注的重点。其中高水头枢纽溢洪道由于大落差、窄河谷、大单宽流量等原因,其高速水流、水力设计及泄洪消能问题十分突出,已成为工程中的关键性技术问题。目前已有多种挑流鼻坎型式的研究成果,通过射流在空中的扩散、紊动和掺气作用,消除部分能量。若采用现有的挑流鼻坎型式,由于挑射水流携带巨大能量,导致水舌对左右岸以及下游造成严重冲刷。为了水库以及下游建筑物的安全,需要对溢洪道体型进行优化,目的是消除部分水流能量,减少水舌所携带的能量,避免水舌对左右岸以及下游的冲刷,这对大坝安全泄洪具有重要意义。本文采用水工模型试验与三维数值模拟相结合的研究手段,以孔梁水库枢纽为具体的研究对象,针对孔梁水库挑流消能落差大（130m）、流速高（35m/s）、下游河道狭窄弯曲、防护对象距离近（185m）、挑流空间小的特点,对孔梁水库的溢洪道的水力设计以及挑流鼻坎体型的优化选择进行了研究分析,根据多个方案的研究对比,和溢洪道的整体消能率比较,从而得到了阶梯消能+复合消力池+挑流鼻坎的溢洪道体型。通过对优化方案进行数学模型的建立,对挑距与挑流鼻坎的反弧半径、挑射角等之间关系的研究,总结挑流鼻坎的结构性规律,并在6m≤R≤12m、18°≤θ≤24°、16.56m/s≤v≤21.89m/s范围内,通过数学模型对多组流量进行了挑距的计算,根据计算值拟合了挑距公式。上述公式通过与现有公式的对比,证明公式存在一定的合理性,相关成果可应用于类似挑流消能结构的挑距预测,具有重要的工程意义和学术价值。总体而言,本文研究成果可以在高水头枢纽溢洪道的类似水电站消能结构中应用,为溢洪道的水力设计以及避免岸坡、下游的冲刷等问题提供技术支撑。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景和意义
  •     1.1.1 研究背景
  •     1.1.2 研究意义
  •   1.2 孔梁水库工程概况
  •     1.2.1 地理位置
  •     1.2.2 开发任务
  •     1.2.3 设计标准
  •     1.2.4 水库枢纽工程布置
  •   1.3 国内外研究现状
  •     1.3.1 溢洪道消能结构方式
  •     1.3.2 溢洪道泄流的数值模拟技术
  •   1.4 研究内容和技术路线
  •     1.4.1 研究内容
  •     1.4.2 方法以及技术路
  • 第二章 水工模型设计与布置
  •   2.1 模型试验的布置
  •     2.1.1 模型设计
  •     2.1.2 模型制作
  •     2.1.3 模型控制
  •     2.1.4 试验条件与测量布置
  •   2.2 试验方法与内容
  • 第三章 孔梁水库溢洪道物理模型试验研究
  •   3.1 过流能力分析
  •   3.2 溢洪道体型初步设计方案
  •     3.2.1 流态分析
  •     3.2.2 沿程水位分析
  •     3.2.3 压力分析
  •     3.2.4 挑流流态分析
  •   3.3 溢洪道体型优化方案一
  •     3.3.1 流态分析
  •     3.3.2 沿程水位分析
  •     3.3.3 压力分析
  •     3.3.4 挑流流态分析
  •   3.4 溢洪道体型优化方案二
  •     3.4.1 流态分析
  •     3.4.2 沿程水位分析
  •     3.4.3 压力分析
  •     3.4.4 挑流流态分析
  •   3.5 溢洪道体型优化方案三
  •     3.5.1 流态分析
  •     3.5.2 沿程水位分析
  •     3.5.3 压力分析
  •     3.5.4 挑流流态分析
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 孔梁水库溢洪道数值建模
  •   4.1 数学模型的建立
  •     4.1.1 流体力学控制方程
  •     4.1.2 流体力学基本方程组
  •     4.1.3 涡流模型
  •     4.1.4 计算流体力学控制方程离散方式
  •   4.2 溢洪道模型的建立
  •     4.2.1 FLUENT软件介绍
  •     4.2.2 溢洪道几何模型的建立
  •     4.2.3 溢洪道三维模型网格的划分
  •     4.2.4 溢洪道三维模型边界条件设置
  •     4.2.5 溢洪道三维数学模型的网格质量检查与优化
  •   4.3 洪道三维模型参数的确定
  •     4.3.1 溢洪道三维模型参数设置
  •     4.3.2 溢洪道三维模型结果输出设置
  •   4.4 数学模型的验证
  •     4.4.1 流态验证
  •     4.4.2 水面线验证
  •     4.4.3 空腔验证
  •     4.4.4 挑距验证
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 孔梁水库溢洪道挑坎结构规律研究
  •   5.1 挑坎优化布置数模方案
  •   5.2 挑距公式拟合
  •     5.2.1 因次分析法及其在水力学中的应用
  •     5.2.2 挑距的计算
  •   5.3 挑距拟合公式与文献数据的对比
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 主要结论
  •   6.2 研究展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果
  •   一、发表论文
  •   二、科研成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 周晓杰

    导师: 付旭辉

    关键词: 溢洪道体型优化,水工试验,数值模拟,挑距公式

    来源: 重庆交通大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地球物理学,水利水电工程

    单位: 重庆交通大学

    分类号: TV135.2

    DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000423

    总页数: 106

    文件大小: 8498K

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