基于FLUENT的导流隧洞水力特性模拟

针对传统的二维导流隧洞水力学计算,采用CFD方法对导流隧洞的水力特性进行了三维数值模拟,通过导流隧洞各典型断面总水头与传统公式、模型试验计算结果的比较,验证了三维数值模拟的准确性,进而可通过数值模拟对导流隧洞的三维流场进行分析研究。文中对导流隧洞各典型断面及整体进行了流态分析和出口负压分析,结果显示导流隧洞满足设计要求。可见,流体力学计算方法能够有效地模拟导流隧洞水流的流态,可应用于导流隧洞的设计与优化工作。     

导流隧洞泄流能力预测偏差影响因素分析

为解决导流隧洞泄流能力影响因素及作用机制复杂引起的预测偏差较大问题,采用理论分析、数值模拟及模型试验相结合的研究方法,对导流隧洞泄流能力影响因素进行了识别和分类,剖析了各影响因素对泄流能力的作用机制及影响程度,提出了减小泄流能力预测偏差的方法。结果表明:导致泄流能力预测发生较大偏差的关键因素是糙率模拟偏差和模型水气两相因素缩尺效应引起的洞内明满流流态及流量区间偏差,使得模型洞内明满流转变为满流的分界点提前发生。为解决上述问题,首先需对试验得到的明满流区间范围进行修正,在有压流条件下,糙率模拟偏差可采用原模型糙率偏差值按所介绍的步骤予以修正。     

东庄水库隧洞淹没出流联合泄流水力计算

大型工程施工期间常涉及多个导流泄水建筑物联合泄流问题,为准确、快速计算东庄水库导流隧洞泄流能力,便于多方案比较和优化,基于施工水力学理论,提出隧洞淹没出流联合泄流水力计算模型,对东庄水库导流隧洞进行了各种出口流态条件下无压流、半有压流、有压流的全流态水力计算。泄流能力计算结果与试验值基本一致,模型同样适用于隧洞与缺口、隧洞与过水围堰等建筑物联合泄流计算问题。     

乌东德５号导流隧洞改建体型水力特性研究

乌东德水电站下闸蓄水期间利用５号导流隧洞过流,以满足坝下生态流量及水位衔接的要求。针对原导流洞体型有压段出口流速高的问题,提出了在导流洞有限的有压段范围内增设洞塞消能的方案。采用三维数值模拟技术对四种洞塞方案进行了研究,根据计算成果及生态流量要求确定采用两级洞塞方案。采用模型试验对两种两级洞塞方案的流态及压力进行了详细研究,结果表明:随着水位的增加,两种改建体型的导流洞有压段流态均从明流向满流转变,并在闸门段出现不稳定气囊。两级洞塞及延长方案的时均压力值及分布规律相似,脉动压力均波动剧烈且部分测点达到负压极值,延长方案泄水孔进口处脉动压力峰值略小。     

有压泄洪隧洞出口渐变段设计与研究

在水利枢纽工程中,有压隧洞出口一般采用收缩出口断面的方法,以确保出口渐变段顶板具有一定的压力水头,避免发生空蚀破坏,然而出口断面面积的收缩对泄流能力有着显著的影响,选择合理的渐变段体型能起到调整水流的作用,使之在出口不发生水流的分离、旋流、空蚀的前提下达到最大泄流量.如果断面收缩率取得过大,会使隧洞出口顶板产生空蚀破坏,而断面收缩率取得过小,又会减小隧洞泄流能力.本文通过汾河水库泄洪隧洞出口渐变段体型设计结合水工模型试验,对合理选择隧洞出口渐变段体型进行了研究,使其出口断面收缩率大于国内同类隧洞,其研究结果可供工程设计人员借鉴.     

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一，上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m。最大泄量达到3881m^3／s，具有典型的高水头大流量特点，泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1：35局部模型试验相结合的方法，对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化，结果表明：泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理；该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因，难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程，提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法，解决了难于形成掺气空腔的问题。     

水工模型多条有压隧洞联合泄流糙率校正方法

针对水利水电工程多条有压隧洞联合泄流时传统的糙率修正方法工作量大且精度不高这一问题,对多条有压隧洞联合泄流的糙率校正方法进行研究,采用一封闭的方程组求解各有压隧洞的水位校正值和实际过流量。此方程组考虑了有压隧洞间的互相影响,且仅需测量1组次多条有压隧洞同时泄流时的水位、流量数据。该方法在金沙江流域其宗水电站5条有压隧洞联合泄流模型试验中的应用表明,计算简单方便,可节省大量时间,糙率校正后的试验结果准确可靠。     

变坡长隧洞明满流水力特性研究

明满流交替是长隧洞常遇到的不利水流流态,尤其是洞内截留气囊输移现象会对隧洞结构安全构成威胁。通过试验研究,阐述了变坡长导流隧洞洞内流态的演变过程,指出随着上游水位上升,洞内水流流态呈现由水跃转变为明满流交替、直至有压流的演变过程,分析了典型流态下隧洞的泄流能力,得到了明满流交替的流量系数介于无压流和有压流流量系数之间的结论。同时探讨了明满流交替过程的压力波动,发现明满流交替的压力波动持续时间较长、振幅较大,但压力峰值持续的时间很短,并且截留气囊可有效减缓隧洞底部压力波动。     

水工隧洞流态问题研究

隧洞是常见的泄水建筑物,在水利工程中有着广泛的应用。清楚地了解隧洞的洞内流态随流量的变化是设计洞身尺寸和结构的依据,尤其是无压洞弯道段自由水面的波动、脉动压强变化规律的掌握更是关键。文章结合龙潭水库导流兼泄流放空隧洞水力学模型试验,对无压泄洪洞内弯道水流特性进行了全面深入的研究,同时对存在的无压隧洞弯道的高速水流问题提出工程解决方案。     

刚果(金)布桑加水电工程施工导流水力计算

刚果(金)布桑加水电工程主要由水库、混凝土拱坝、引水系统和发电厂房组成。拦河坝施工采用隧洞导流方式,上下游围堰挡水,引水隧洞进口和混凝土主坝均位于上下游围堰形成的基坑之内。导流隧洞水力条件一般比较复杂,经常会出现有压流、无压流及半有压流情况,对此类情况进行分析,推导出导流洞泄流流量与水位关系,以确定导流建筑物设计方案及主体工程施工进度要求。     

压坡渐扩式出口泄洪洞水力特性数值计算分析

为研究不同闸门开度及水位工况条件下，压坡渐扩式出口泄洪洞洞身及出口流态，采用RNG k-ε湍流模型对压坡渐扩式出口泄洪洞的水力特性进行数值模拟。结果表明：闸门全开时，泄洪洞全洞范围内均呈有压流状态，流态稳定；闸门非全开且水位较低时，洞内流态不稳定，容易出现明满流交替的运行状态；闸门小开度时，挑流鼻坎抬高了出口水位，受出口挑坎反弧阻滞作用，出口段流速有所减缓，挑距较小，水流易冲击坡脚。故对于压坡渐扩式出口泄洪洞，设计时有必要开展水工模型试验研究。     

糯扎渡水电站工程施工导流设计概述

糯扎渡水电站工程具有坝体高、库容大、导流流量大、蓄水历时长等特点，因此导流方式、导流标准等的研究是导流设计的难点和重点。通过分析研究，初期导流采用河床一次断流、土石围堰挡水、隧洞泄流、主体工程全面施工的方式；中、后期导流采用坝体临时断面挡水、导流洞泄流(或泄洪洞和溢洪道临时断面泄流)方式。糯扎渡工程施工导流设计为工程施工的顺利实施提供了必要保证。     

几种隧洞出口泄流特性的试验研究

基于回收动能的概念，设计了三种不同型式的隧洞出口，以期改善隧洞的泄流特性．通过水力学试验表明，在明流情况下，具有8°扩散角、2倍洞高的渐扩型式的出口可以增加一定的泄流量．通过分析认为，在淹没出流情况下，断面积渐阔的出口可以较为有效地回收隧洞的出口动能。文中还指出，扩散出口的上游侧容易出现负压现象．     

猴子岩水电站深孔泄洪洞水力学试验及数值模拟

深孔泄洪洞是猴子岩水电站4套泄洪设施之一,其落差超过100m,洞内泄流流速最大可达22.5m/s,有高水头大流速这一特点。本文采用双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对猴子岩深孔泄洪洞有压洞弯段及无压洞段的多种水力学要素进行三维数值模拟。数值模拟结果与1:25单体模型试验数据对比表明,采用该紊流模型与数值计算方法,能够很好地模拟这种高水头、大流量且带有自由表面的掺气水流的水力特性。计算模拟出的多种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足水工设计的要求。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞水力学试验及数值模拟

深孔泄洪洞是猴子岩水电站4套泄洪设施之一,其落差超过100m,洞内泄流流速最大可达22.5m/s,有高水头大流速这一特点.本文采用双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对猴子岩深孔泄洪洞有压洞弯段及无压洞段的多种水力学要素进行三维数值模拟.数值模拟结果与1:25单体模型试验数据对比表明,采用该紊流模型与数值计算方法,能够很好地模拟这种高水头、大流量且带有自由表面的掺气水流的水力特性.计算模拟出的多种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足水工设计的要求.     

水布垭水利枢纽导流隧洞水力学试验研究

水布垭导流隧洞具有水头高,流量大,洞线长,地质环境差等特点,因而技术问题较多,难度较大。为此,进行了大量的试验研究。主要试验成果有：泄流能力及影响泄流能力的主要因素,压力特性及改善压力特性措施,出口消能防冲措施的比较等。这些试验成果为工程优化设计提供了科学依据。     

跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用

以某工程导流泄洪隧洞底流消能工为试验研究对象,原方案试验中,在闸门半开工况下,下泄水流出现脱离泄槽底板现象,不利于下泄水流的消能,经研究,改变压坡段底板坡度,同时将泄槽的两个坡段改成一个坡段;原方案底流消能工消力池内均发生远驱式水跃,消能效果差,通过研究采用以最大临底流速为控制目标的最小跌坎深度计算公式,确定消力池底板高程。经两次优化试验后,消除了闸后水流脱离泄槽底板的现象,下泄水流流态稳定,消力池内形成稳定的淹没水跃消能,出池水流与下游水流衔接较好,消力池内临底流速和时均动水压强均明显降低,消能效果好。     

用蒙特卡罗法解有压隧洞出口段水流问题

利用不规则游动网格的蒙特卡罗法对有压隧洞出口段水流进行了数值模拟。根据数值计算与模型试验结果的比较，得出具有凸形曲面边界（包括折面底坡）负压区的存在不仅是边界层分离所致，边壁弯曲使过流产生的离心力也是产生负压的重要原因的结论。计算结果表明：蒙特卡罗法灵活简单、结果稳定，计算结果与实测结果吻合较好。     

泄洪洞有压出口渐变段及工作闸门室体型优化

针对黄金坪水电站1号泄洪洞原设计方案有压出口渐变段顶板存在负压,在工作闸门小开度运行时工作闸门室底板出现大范围负压,容易引起空蚀等问题,根据水力学模型试验,提出通过增加有压渐变段长度、改变工作闸门室底板连接形式,对有压出口渐变段及闸门室体型进行优化。试验实测结果表明,优化后的有压段出口顶板及闸门室底板在各种运行工况下均没有出现负压,闸门室底板水流空化数显著增加,提高了泄洪洞安全运行的可靠性。     

有压泄水隧洞出口渐变段体形的研究

迄今为止大部分水利工程中有压隧洞(或坝身底孔,下同)的出口,多采用收缩出口断面的办法,以减少出口段洞顶或洞内其它部位可能出现的负压,从而避免发生空蚀.然而,出口断面的收缩对泄流能力有显著的影响,使