雙擺渡閘站工程水力特性數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)研究.pdf

1、雙擺渡閘站工程位于安徽省馬鞍山市扁擔(dān)河入長江口處，兼具抽排和自排功能，采用立面分層、平面不對稱閘站結(jié)合布置型式，前池水流流態(tài)復(fù)雜，易引起泵裝置效率降低、自排過流能力下降和形成泥沙淤積。本文采用數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法對雙擺渡閘站工程水力特性進(jìn)行綜合分析研究，并提出優(yōu)化方案。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)借助計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件，采用N-S方程和標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型對原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，該工程多工

2、況條件下前池存在斜流和泥沙淤積的問題，進(jìn)水流道存在流速分布不均勻的問題。因此，原設(shè)計(jì)方案存在不足，需要對其進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
　　(2)針對原設(shè)計(jì)方案存在的不足，采用導(dǎo)流墩對其進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。對加設(shè)20m、25m、30m和35m等4種長度的導(dǎo)流墩方案進(jìn)行數(shù)值模擬研究，以壓迫主流的渦面積大小為控制條件對導(dǎo)流墩長度進(jìn)行優(yōu)化分析，得出了前池導(dǎo)流墩的合理長度范圍。結(jié)果表明，合理長度導(dǎo)流墩能夠改善前池水流流態(tài)和進(jìn)水流道流速分布，增強(qiáng)水流攜沙能力，

3、滿足整流需求。
　　(3)根據(jù)水工模型試驗(yàn)規(guī)程，按照重力相似準(zhǔn)則選定1∶25作為模型試驗(yàn)比尺，按照糙率相似準(zhǔn)則選用透明有機(jī)玻璃板及PVC灰板作為模型材料，采用正態(tài)模型對原設(shè)計(jì)方案典型工況下前池水流流態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)研究，繪制了流態(tài)圖和流速分布圖。結(jié)果表明，該工程多工況條件下前池存在斜流和泥沙淤積的問題，與數(shù)值模擬結(jié)果一致。
　　(4)選取20m和28m長導(dǎo)流墩作為典型代表進(jìn)行分析，采用模型試驗(yàn)方法對數(shù)值模擬得出的導(dǎo)流墩合理長度范圍

4、進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，與原設(shè)計(jì)方案相比，采用合理長度導(dǎo)流墩后，前池水流流態(tài)明顯改善，水流攜沙能力明顯增強(qiáng);數(shù)值模擬得出的導(dǎo)流墩合理長度范圍在25m～30m之間是可靠的。
　　(5)采用模型試驗(yàn)方法對該工程下游消能防沖能力進(jìn)行了研究，繪制了下游水面線示意圖。根據(jù)水流波動情況，得出了下游消能防沖設(shè)施布置基本合理的結(jié)論。
　　本文開展的雙擺渡閘站工程水力特性數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)的最終結(jié)果是一致的。數(shù)值模擬結(jié)果有效地指導(dǎo)了模型試驗(yàn)研究，