向家草坝不同闸门开启下坝后水力特性研究

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中低水头闸坝枢纽的特点就是水头差不大,但尾水位变化幅度大,闸门开启调度过程中,能形成由急流到缓流的多变形态,下泄水流具有很高的动能。如此巨大的能量如不设法消散解决,便会冲刷下游河床、河岸,而且下泄水流在与下游水流的衔接过程中,还会产生恶劣流态,如回流、波浪以及折冲水流等,从而严重影响闸坝泄水建筑物的正常运行,甚至危及整个枢纽的安全。针对上述问题,本文结合向家草坝工程,通过数值模拟的方法对其不同闸门开启方式下坝后水力特性进行研究,提出一种较优的闸门开启方式。主要内容包括:  (1)通过列举几起由于闸门开启方式不合理引起或加剧下游冲刷破坏情况的工程实例,引出本文的研究重点-向家草坝不同闸门开启方式下坝后的水力特性研究。由于向家草坝主要在小流量时下游水位低,消力池容易出现扩散不均匀等不良流态。而0-2000 m3/s为实际工程中经常出现的流量,因此本文选取流量0-2000 m3/s对闸门开启方式进行数值模拟计算。并给出具体计算工况。  (2)采用FLOW-3D软件的RNGκ-ε紊流模型来模拟向家草坝节制闸不同开启方式下的消力池内水流形态,介绍了数值模拟的理论基础、数值模型的建立、网格的划分、边界及初始条件的设置。  (3)对向家草坝数值模拟计算结果进行对比分析,主要分析流态、出坎断面流速以及消能率的计算。并将数值模拟结果与试验结果进行对比验证,证明该数值模拟是否可靠。  (4)最后对本文进行总结,提出一种较为合理的闸门开启方式。并指出研究中存在的问题,提出今后继续研究的方向。
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