溢洪道进水口水力特性与体型优化研究

摘要

岸边式溢洪道是一种普遍存在于水利枢纽工程中的泄水建筑物.随着水利水电事业的发展，岸边式溢洪道工程逐年增多，溢洪道进水口水流研究的深度和广度还不能满足工程实践的要求，尤其是对溢洪道进水口的三维数值复杂流态模拟研究尚属少见。因而开展溢洪道进水口水力特性的研究既具有现实意义又具有理论意义。
　　 本文在回顾总结前人研究的基础上，结合济南市卧虎山水库溢洪道进水口的复杂流动进行了数值模拟和试验研究，主要研究内容和成果有：
　　 (1)利用非恒定流Realizable k-ε模型和追踪自由表面的VOF法，对溢洪道上游进口段进行了三维流场的紊流数值模拟研究，计算得到的流态、流速、动水压强及水面线等水力要素与物理模型试验结果吻合较好，并得出了流速场、压力场的分布规律和水流的二次流动规律，预测了岸边式溢洪道进口区漩涡发生的位置和结构。结果表明Realizable k-ε紊流模型可用于实际水工建筑物进水口漩涡的模拟。
　　 (2)对济南市卧虎山水库流溢洪道进水口的水力特性进行了研究，通过数值模拟和模型试验相结合的方法，对原设计体型进行了成功优化。结果表明，优化方案有效改善了溢洪道进水口的水流流态，大大消弱了右岸漩涡，消除了左岸回流，同时提高了溢洪道的泄流能力和流速分布均匀度，所有计算结果与物理模型试验值吻合良好。研究成果也为其它类似的岸边式溢洪道进水口问题提供了参考。
　　 (3)进行动水压强的试验研究，对进水口区的脉动壁压试验结果进行统计分析，并将计算结果与试验结果进行对比，两者吻合较好，并在此基础上，初步了分析进口侧壁上水流脉动压力沿程及沿水深的分布规律。