尾礦庫排洪系統(tǒng)水力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、尾礦庫排洪系統(tǒng)作為尾礦庫的重要組成部分之一，主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)庫內(nèi)水量大小，以保證礦山安全生產(chǎn)，確保下游生命財(cái)產(chǎn)和環(huán)境得到保護(hù)。因此，對尾礦庫排洪系統(tǒng)的水力特性進(jìn)行研究，具有十分重要的意義。
　　排洪系統(tǒng)型式多樣，其泄流量計(jì)算過程復(fù)雜，數(shù)據(jù)繁多，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算泄流量結(jié)果往往與實(shí)際工程存在一定誤差。因此，本文基于FLOW-3D流體仿真模擬軟件，建立三維的排洪系統(tǒng)模型，采用VOF法進(jìn)行自由表面追蹤，利用RNGκ-ε模型模擬紊流，主要的研究內(nèi)容

2、如下：
　　（1）采用FLOW-3D軟件對窗口式、框架式以及斜槽式排洪系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，探討不同庫水位下排洪系統(tǒng)的流速分布及泄流量變化規(guī)律，并將數(shù)值模擬的泄流量結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對比分析。結(jié)論表明：在自由泄流狀態(tài)下，經(jīng)驗(yàn)公式泄流量結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果十分接近；在全壓力泄流情況下，窗口式和框架式排洪系統(tǒng)的數(shù)值模擬結(jié)果比經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果大1m3/s左右，最大相對誤差在10％之內(nèi)，泄流量越小，相對誤差越大；對斜槽式排洪系統(tǒng)，在半壓力泄流工

3、作狀態(tài)，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的泄流量比數(shù)值模擬結(jié)果要大。而在全壓力泄流工作狀態(tài)，兩者計(jì)算結(jié)果較為接近。
　?。?）對窗口式排洪系統(tǒng)，分析了排水井截面半徑R、排水井上淹沒窗口總面積與排水管斷面面積比值的大小、排水井進(jìn)水窗口布置方式等因素對排洪系統(tǒng)水力特性的影響。結(jié)論表明：增大排水井截面面積并不能增強(qiáng)排洪系統(tǒng)的泄流能力，但也不宜過小，需要綜合考慮排水管斷面面積和窗口面積的大?。慌潘涎蜎]窗口總面積與排水管斷面面積比值大于2時，排洪系統(tǒng)的泄流

4、能力不會因?yàn)榕潘翱诿娣e的增多而增強(qiáng)；不同窗口的布置方式并不會對泄流量有很大的影響。
　?。?）對框架式排洪系統(tǒng)，分析了排水管坡度、排水管不同斷面面積和排水管不同入口形狀對排洪系統(tǒng)水力學(xué)特性的影響。結(jié)論表明：排水管坡度越大，排洪系統(tǒng)越容易出現(xiàn)半壓力泄流狀態(tài)，且坡度的大小對半壓力泄流狀態(tài)下的泄流量不會有很大的影響；半壓力泄流狀態(tài)下的排水管入口處下端流速比較大，有必要在這塊區(qū)域加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度；排水管斷面面積與排水井截面面積之比越小，越

5、容易出現(xiàn)全壓力泄流工作狀態(tài)；排水管為斜角和喇叭口入口形式，水進(jìn)入排水管入口處的流速會比較均勻，且泄流能力會優(yōu)于直角式排水管排洪系統(tǒng)。
　?。?）對斜槽式排洪系統(tǒng)，分析了蓋板型式、排水管連接等因素對排洪系統(tǒng)水力特性的影響。結(jié)論表明：在水頭比較低的時候，宜采用平蓋板式；對于排水管發(fā)生錯斷連接現(xiàn)象，錯斷斷面的上端下降部位會受到中部比較大的流速沖擊，加速混凝土沖刷破壞最后可能發(fā)生泄漏，但對泄流量不會產(chǎn)生影響。
　　（5）基于 MAT