黃登水電站導(dǎo)流隧洞出口條件對泄流影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、　　近年來具有“大流量、高水頭、窄河谷”特點的水電工程越來越多,修建大壩、水電站等主體設(shè)施需要布置導(dǎo)流建筑物,隧洞導(dǎo)流是水電工程中常用的導(dǎo)流方式之一。導(dǎo)流隧洞的斷面形式、底坡坡度、過水?dāng)嗝婷娣e、出口流態(tài)、出口邊界條件、出口水位、沿程水頭損失及局部水頭損失等因素直接影響其泄流能力,因此準(zhǔn)確計算導(dǎo)流隧洞泄流能力對工程至關(guān)重要,也為計算上游水位,確定圍堰工程的工程量與造價,提供重要依據(jù)。
　　黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內(nèi),采用堤壩式

2、開發(fā),是瀾滄江上游古水至苗尾河段水電梯級開發(fā)方案的第五級水電站,以發(fā)電為主。該工程右岸平行布置兩條導(dǎo)流隧道洞,兩洞軸線最小間距 60m,斷面型式均為方圓形。為研究導(dǎo)流隧洞的泄流能力等水力特性,建立一座1：50導(dǎo)流模型。
　　依據(jù)物理模型試驗結(jié)果并結(jié)合黃登水電站工程資料分析得知,模型試驗中1#導(dǎo)流隧洞泄流能力在滿流條件下與設(shè)計泄流能力有較大差距。分析其原因既可能設(shè)計采用的理論計算結(jié)果不精確,也可能由于模型試驗受比尺效應(yīng)的影響或模型

3、模擬的范圍有限,未能準(zhǔn)確反映其真實泄流能力。由于數(shù)值模擬既不受比尺效應(yīng)的影響,也可以更全面地模擬計算域的邊界條件,進(jìn)而得到真實的泄流曲線。因此為能較為真實反映導(dǎo)流隧洞泄流過程,并獲得其泄流能力、壓力場及速度場分布,本文使用商業(yè)計算流體力學(xué)軟件開展了數(shù)值計算,研究導(dǎo)流隧洞在不同出口條件下對泄流的影響,為模型試驗成果提供補(bǔ)充,也為工程設(shè)計提供參考。
　　本文以黃登水電站導(dǎo)流工程截斷河床,1#、2#導(dǎo)流洞泄流為背景,利用數(shù)值模擬技術(shù),

4、構(gòu)建導(dǎo)流洞泄流數(shù)值模擬平臺,并利用水工模型試驗結(jié)果對數(shù)值計算成果加以驗證。在此基礎(chǔ)上開展導(dǎo)流洞在不同出口條件下對泄流影響的數(shù)值計算,研究結(jié)果表明：
　　(1) 針對計算導(dǎo)流隧洞的泄流能力而言,通過比對水力學(xué)經(jīng)驗公式、模型試驗及數(shù)值模擬等三種方法得知：在滿流條件下,數(shù)值模擬能有效避免模型試驗由于比尺效應(yīng)和邊界條件不完整所對結(jié)果造成的影響,得到的泄流能力及其它水力學(xué)指標(biāo)能與模型試驗互相補(bǔ)充、相互印證,豐富其成果。
　　(2)

5、 滿流條件下,下游水位的抬高對1#導(dǎo)流隧洞的泄流能力有明顯地降低,即對上游水位抬高有明顯的影響。
　　(3) 模型試驗在受模型范圍限制而缺省出口部分邊界條件,與數(shù)值模擬在原型出口邊界條件下對比得知：在相同位置的水面線位置及壓力場、流速場,兩種工況下其分布較為一致,說明在缺省出口部分邊界條件對1#洞的泄流能力影響甚微,對其壓力場和速度場幾乎無影響。
　　(4) 1#、2#導(dǎo)流隧洞聯(lián)合泄流對1#洞泄流能力、1#洞壓力分布及速

6、度分布有較大的影響,獲得的研究成果為設(shè)計提供了詳盡的參考。
　　(5) 根據(jù)本文計算工況中壓力場及速度場綜合分析,1#導(dǎo)流隧洞進(jìn)口及漸變段頂部、上彎段頂部、下彎段頂部、2#洞進(jìn)口頂部、漸變段頂部、上下彎段及出口壓坡段頂部是出現(xiàn)壓力較小的部位,雖經(jīng)分析不會發(fā)生空蝕空化現(xiàn)象,但仍需對這些部位引起高度重視,預(yù)先采取一定的防護(hù)措施,以保障洞壁的穩(wěn)定。數(shù)值計算成果為導(dǎo)流洞洞內(nèi)襯砌防護(hù)及空蝕空化提供了參考依據(jù)。本文還給出了各計算工況下導(dǎo)流隧