长距离无压引水隧洞水气两相流数值模拟

采用计算流体力学软件STAR-CD的水气两相流耦合VOF法的三维标准k-ε紊流模型对长距离无压引水隧洞进行了模拟计算。计算中引入考虑糙率影响的壁面函数,并用PLIC方法对水气交界面进行了重构。通过与引额济乌一期工程尾部调节水库泄水洞模型试验结果的对比表明,计算结果与实测数据基本吻合,说明所采用的数学模型是可行的。应用此模型对新疆八十一大坂长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟,结果表明长距离无压引水隧洞在隧洞进口处出现水流扰动区,在主支洞交汇处出现水流漩涡区,在隧洞出口处出现水流突变区,并分析了隧洞沿程过     

基于VOF法的长距离无压引水隧洞充水过程模拟

结合长距离无压引水隧洞充水过程,建立了水气两相流耦合VOF(Volume of Fluid)法的κ-ε紊流模型,近壁面采用考虑糙率影响的壁面函数,结合实际工程对长距离无压引水隧洞水气两相流进行了模拟.模拟结果表明:隧洞内水位随充水时间的增加逐渐上升并趋于稳定;对隧洞充水过程中沿程典型断面的水气两相流进行了动态分析,结果表明进口流量为65 m3/s时水流能顺利通过隧洞;对某水库放水兼放空洞水深实测数据进行了验证对比,模拟结果与实验结果基本吻合.     

无压引水隧洞经济纵坡的计算和选择

长距离高扬程引水工程中的无压输水隧洞，其经济纵坡的选择受引水流量、地质情况、建材价格、电价及社会折现率等诸多因素的影响，无压长隧洞的纵坡选择是否合理，对整个引水工程的经济效益影响较大。通过对引黄入晋工程无压引水隧洞经济纵坡的选择，提出了高扬程、长隧洞经济纵坡的计算、比选方法。     

天生桥二级水电站引水隧洞高外水压力形成机制及排水效果渗流场分析

天生桥二级水电站引水隧洞穿过多条岩溶管道。隧洞在施工期多处发生了大涌水。根据暗河的岩溶水文地质条件，分析了高外水压力形成机制；并进行平面渗流场分析，研究设置排水洞后降低外水压力效果。结果表明：设置排水洞后外水压力大大降低．目前，排水洞及其支洞已戳住部分暗河水流，排水效果明显。证明设排水洞是降低外水压力的有效措施。     

特殊工况下抽水蓄能电站系统参数过渡过程分析

在抽水蓄能电站水力过渡过程数值模拟中,由于水泵-水轮机全特性曲线所具有的特殊性,使得尾水管进口最小压力在机组相继甩负荷工况下会大幅度降低,且时常会成为控制值。以一维刚性水锤及弹性水锤的特征线方法(MOC)为理论基础,结合某"一洞两机"布置形式的抽水蓄能电站工程实例,对该电站相继甩负荷工况下引水隧洞洞径及尾水岔管相对位置对过渡过程的影响进行了数值模拟。结果表明:在设置尾水调压室的情况下,拟通过改变引水隧洞洞径来调节尾水进口最小压力的措施是不经济的,引水隧洞的面积只需使其中的水流能够保持经济流速即可;在满足工程布置的前提下,应尽量减小尾水支管的长度,以保证输水发电系统的安全运行。     

浅谈水晶塘水电站引水隧洞的施工方案

广西贺州市水晶塘水电站无压引水隧洞的施工方案,根据地形地质条件,洞线采用折线方案,设置较多的支洞以便于施工及通风,采用光面爆破开挖、喷锚支护进行隧洞的施工,该方案具有施工速度快,效果(益)好等优点。     

无压输水隧洞数值模拟研究

隧洞在水利工程中被广泛应用,本文以黄泥滩灌区供水工程引水隧洞为例,采用计算流体动力学软件FLUENT对无压隧洞进行二维数值模拟研究,选择VOF方法来模拟自由水面,与RNGK-ε模型耦合建立无压隧洞洞内的水气二相流数学模型。通过计算得出了同一流量、不同库水位、不同闸门开度的流速场及水面线,并模拟出了隧洞内闸室及消力池之间的最大流速及流态,对其进行了分析,可为水工设计提供技术支撑。     

引水隧洞独头掘进工作面风流组织与CO扩散的模拟

建立了独头引水隧洞压入式通风紊流三维高雷诺数kε数学模型，在动量方程中考虑了浮力的作用，采用PISO算法求解非稳态的风流组织和CO浓度场。应用计算流体力学软件STARCD对云南南汀河引水隧洞独头掘进工作面通风进行了模拟。结果表明独头引水隧洞掘进工作面风流流场可分为贴壁射流区，冲击射流区，回流区和涡流区；工作面附近涡流区内、风管周围以及隧洞出口边壁处存在风流停滞区；分析了不同的通风时刻隧洞内CO迁移和分布规律，并以Nakayama等的矿井通风甲烷浓度分布实验结果进行了验证，模拟结果与实验基本吻合。     

不同开挖方式下高地温引水隧洞围岩瞬态温度-应力耦合分析

为研究高地温引水隧洞围岩在温度-应力耦合作用下的瞬态应力分布特性,以新疆某高地温引水隧洞为依托,基于Mohr-Coulomb本构模型,采用有限元法分别对全断面开挖方式和分层开挖方式下的高地温引水隧洞围岩瞬态温度-应力耦合场进行模拟分析。结果表明,不同开挖方式下围岩塑性区不同,全断面开挖方式下围岩塑性区范围约为分层开挖条件下的2倍;隧洞开挖后随着时间的推移,围岩腰拱处压应力逐渐减小,高压应力区自洞壁逐渐向深处移动,围岩压应力最大值位于腰拱0. 4 m深度处;全断面开挖围岩最小主应力比分层开挖小18%。     

天生桥二级水电站引水遂洞高外水压力形成机制及排水效果渗流场分析

天生桥二级水电站引水隧洞穿过多条岩溶管道，隧洞在施工期多处发生了大涌水。根据暗河的岩溶水文地质条件，分析了高外水压力形成机制，并进行平面渗流场分析，研究设置排水洞后降低外水压力效果。结果表明，设置排水洞后外水压力大大降低，目前，排水洞及其支洞已截住部分暗河水流，排水效果明显，证明设排水是降低外水压力力的有效措施。     

明流泄洪隧洞中自掺气流浓度分布及其计算

通过对明渠和明流隧洞中自掺水流的对比试验，研究了明流隧洞中洞顶的存在对掺气浓度分布的影响，试验结果表明：洞顶的存在可导致洞顶附近掺气浓度分布随高度的增加而减小的情况，同时，在水点跃移区的中上部高含气段，掺气浓度亦有所减小，甚至全断面掺气浓度均低于99％，根据有无顶盖时水点通量守恒的条件，建立了一个计算明流泄洪隧洞中自掺气流掺气浓度分布的理论公式，并在适当的假设前提下，对公式作了简化并对洞高分别为9cm和10cm情况下，不同流量、不同余幅的掺气浓度进行了计算，计算结果与试验资料吻合较好。     

明流泄洪隧洞中自掺气水流浓度分布及其计算

通过对明渠和明流隧洞中自掺气水流的对比试验，研究了明流隧洞中洞顶的存在对掺气浓度分布的影响。试验结果表明：洞顶的存在可导致洞顶附近掺气浓度分布随高度的增加而减小的情况，同时，在水点跃移区的中上部高含气段，掺气浓度亦有所减小，甚至全断面掺气浓度均低于99%.根据有无顶盖时水点通量守恒的条件，建立了一个计算明流泄洪隧洞中自掺气水流掺气浓度分布的理论公式，并在适当的假设前提下，对公式作了简化并对洞高分别为9cm和10cm情况下，不同流量、不同余幅的掺气浓度进行了计算，计算结果与试验资料吻合较好。     

带消力池的交汇泄洪洞水力特性数值模拟

为探究支洞设置消力池时主、支洞交汇区域水力特性,采用RNG k-ε紊流模型结合VOF方法对某工程交汇泄洪洞水流进行了三维数值模拟。结果表明,交汇区域主洞右边墙处水深先增加后减小,左边墙处先减小后增加,下泄较长距离后横向水位趋于一致;交汇口侧下游附近最大负压随交汇角增大而增大;交汇角减小时,分离区最低水位位置向主洞下游移动,交汇区底板最大压强也随之减小,在交汇角为30°时压强值最小为1580 Pa;各交汇角度时,主、支洞水流均未出现拍顶现象,洞顶余幅满足要求。与未设置消力池时对比,发现出坎水流水体流速减小,对主洞主流的冲击减弱;将部分结果与模型试验数据进行对比,吻合良好。     

水平旋转内消能泄水道的流态序列、分区特性及临界条件

本文给出竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态序列、过渡特性及临界水力条件。这种泄水道的流态可根据空腔环流内的气体压强、空腔直径和通气孔的通气量的变化规律分为淹没流流态、吸允流流态和自由流流态；空腔环流形成的水力条件为(H-h)／h大于2．5或Fr大于0．46；各流态转变过程中有明显的过渡段性质；在不同的流态分区内物理量的变化规律是不同的。     

水平旋流泄洪洞的基本流态与影响因素

通过模型试验,对上下游水位、通气孔直径、水平洞洞长和起旋器收缩断面面积比对水平旋流泄洪洞的流态的影响进行了研究。结果表明,在竖井为有压流的条件下,水平旋流泄洪洞的流态可分为自由流、吸吮流和淹没流3种基本流态,流态的分类与转变受各种因素的影响;通气时,水平旋流洞内旋流的空腔直径大而均匀,水流旋转的强度增大;不同的洞长,流态从吸吮流向淹没流转变时过渡区的相对上下游水位差相同,但洞长越大,吸吮流的范围越大,转变为自由流流态时所需要的起旋器出口的水流弗劳德数也越大;起旋器出口面积比不同时,流态分区的临界水力条件是不同的。     

基于水—气二相流模型的土坡稳定性分析

为了研究孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定分析中所起的作用,基于多相流理论建立水-气二相流模型,利用此模型对稳定渗流情况和降雨情况下的土体边坡内水相和气相的渗流状态进行模拟,根据模拟得到的孔隙气压力和孔隙水压力值求出土坡安全系数。计算结果表明,土坡非饱和区负孔隙水压力的存在较大地提高了土坡稳定性,在稳定渗流情况下,孔隙气压力对土坡稳定的影响可忽略,在降雨情况下,非饱和区产生的孔隙气压力使得安全系数减小,滑动面与地下水位的距离越大,非饱和区的孔压对土坡稳定的影响越大。     

引汉济渭椒溪河隧洞施工通风数值模拟研究

引汉济渭工程是陕西省为缓解关中渭河沿线城市和工业缺水问题,而提出的由汉江调水到渭河流域的大型水利工程。椒溪河段工程为穿河段,地形地质相对复杂,隧洞施工期的通风问题也相对比较严重。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法对带有支洞隧洞的通风过程进行模拟,研究几种典型工况下隧洞内的流场和浓度场在施工期时随时间的变化规律,分析掌子面以及支洞内涡流对气流及有害气体分布的影响。在气流排散通道不顺畅时,掌子面附近的涡流区域内涡流的大小和位置呈现周期性的变化,并随通风时间的增加影响范围逐渐降低。隧道爆破产生的有害气体和烟尘会随着气流的流动发生移动和扩散过程,并逐渐排向洞外。通过对隧洞主洞与支洞内气流和有害气体排散过程的研究,得出隧洞爆破后在通风作用下隧洞的掌子面附近和支洞与主洞的交叉位置处形成涡流区,涡流的产生和变化不断的消耗通风的机械能,降低通风效率,对有害气体的排散造成一定的阻滞作用,隧洞内有害气体的排散过程包括移动和扩散两方面,移动过程将CO排向洞外,扩散过程不断的降低洞内CO峰值,总结出了不同工况下隧洞内达到安全浓度的时间,对隧洞施工进度给出一定的参考意见。     

长距离输水洞分水口模型试验及过流能力研究

水力学模型试验是验证过水建筑物设计合理性的重要方法之一。基于流体力学和水工模型理论对山西中部引黄工程输水洞分水口开展了模型试验研究。验证了总干隧洞、西干和东干支洞在闸门不同开度下的过流能力、流量分配;给出了闸门与闸前水面线高度的相互关系。结果表明:东西干闸门开度分别为0.60 m和0.56 m时能保证输水能力,并满足东西干流量分配;闸门启闭速率与闸前水位呈负相关。研究成果对无压输水隧洞分水口过流能力研究具有重要理论意义,并对闸门启闭和系统调度具有实际参考价值。     

明流隧洞工作门掺气设施的试验研究

在对某水电站放空洞工作闸门的常压及减压模型试验中，进行了工作闸门的体型比较；讨论了通风洞的进气量、明流洞坎下沿程水流的修气浓度、掺气坎减免空蚀的保护长度；还探讨了门槽空化的特性以及工作闸门掺气设施的方案优化。     

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律.在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系.将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实.