孔板泄洪洞水流三维数值模拟研究
水利水电工程水流数值模拟研究
水利水电工程水流数值模拟研究在现代工程技术中，水利水电工程是一项重要的领域。
在设计和建造这些工程中，水流的数值模拟起着至关重要的作用。
水文模型的研究和发展，尤其是计算水流的方法与工具的应用已成为水利工程设计的必须。
本文将探讨水利水电工程水流的数值模拟研究。
一、数值模拟在水利水电工程中的应用水利水电工程涉及从海洋到内陆许多不同的水流体系，包括海岸线、河流、湖泊和水库。
然而，水流具有极复杂的构造，而这些构造在实际操作中很难被直接观察和检测到。
因此，对这些流体系统进行数值模拟是有必要的。
数值模拟通过计算机技术模拟真实情况的过程。
在水利水电工程中，通过计算机模拟可实现对水流水位、流速和流量等流体特性的准确推算。
利用工程计算机程序，对应的数值算法，通过计算机模拟海洋和河流中的涨落潮汐，水位、流量和流速的分布，以及湖泊和水库中的水位和流动特征等流体特性，从而推算实验数据，使人们了解更多关于水流的情况。
数值模拟不仅可以帮助我们预测水流的运动和分布，还可预测水流对实际建筑物和设施的实际影响。
在水土保持和防洪治理工作中，数值模拟对于研究水流的组织、预测水流的波浪运动、了解水流对物体的打击力等都具有重要意义。
二、了解水流的数值模拟原理在水利水电工程水流数值模拟中，流体的粘性、密度、压强、速度和流量是数值模拟的主要参数。
这些变量通常进行基于连续性方程、Navier-Stokes方程、热力学方程、材料应变方程等的物理模型进行计算。
在选择适当的数学物理模型时，我们必须考虑许多参数和实验数据，以便理解流体系统的结构和运动。
数值模拟技术还可利用计算流体力学方法，即CFD（Computational Fluid Dynamics）技术，在计算水流方程时发挥作用。
CFD技术已广泛应用于水利水电领域。
三、水力学模型在数值模拟过程中，结果的正确性取决于水力学模型的选取和数据收集。
水力学模型是一种高度理想化的模型，它可用于描述各种水流特性。
三维水流数值模拟研究进展
保 证 相 应 的 准 确 度 ． 着 工 程 技 术 要 求 的不 断提 高 ， 切 需 要 发 展 更 接 近 于 实 际 情 况 的 三 维 流 体 数 值 模 拟方 随 迫 法． 目前 ， 维 流 体 计 算 已经 取 得 了一 定 的进 展 三 ， 三 维 、 三 维 。。 及 二 、 维 嵌 套 数 学 模 型 ¨ 准 拟 。‘ 三 也 得 到 了一 定 的 应 用 ． 不 同 的方 法 ， 体 可 划 分 为 许 多类 别 ， 文 将 以 水 流 为讨 论 对 象 ． 按 流 本
摘 要 ：扼要地介绍了三维水流数值模拟研究的进展 ， 归纳了常见的数值离散方法， 给出了数值计算 中常见问
题 的处 理 办法 ， 出 了数 值模 拟 成果 可视 化 的 必要 ． 指
关
键
词 ：三维 ； 水流 ； 数学模型； 综述
中 图 分 类 号 ：０ ５ ３
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ：１０ ０ ９—６ ０ ２ ０ ） ３—０ ６ ４ Ｘ（ ０ ２ ０ ０ ６～０ ８
方程组 ．
理 论 上讲 ， 用适 当 的初 始 条 件 和 边 界 条 件 ， 解 上 述 方 程 组 就 可 得 到 对 流 体 运 动 图 景 的 完 整 描 述 ． 运 求 但 因流 体 运 动 的复 杂 性 以 及 受 数 学 手 段 的 限 制 ， 目前 只 能 对 极 少 数 经 过 理 想 简 化 的流 动 情 况 求 得 解 析 解 ， 因
ｎｕ ｅ ｃ ｌｓ ｍｕｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ａ ｓ ｅ ｅ ｅ ｍ ｒ ａ ｉ ｉ ａ ｉ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｌｏ ｐｒ ｓ ｎｔ ｄ． ｏｎ
三维数值模拟分析在马岩洞水电站大坝表孔泄流设计中的运用
度可压缩范围内的复杂流动。由于该软件采用 了多
种 求解 方法 和 多重 网格 加速 收 敛技 术 ，因而 Ｆｕｎ ｌｅｔ
修 改 大坝 泄 洪 建 筑 物 体 形 从 而 得 到 较 优 的泄 流 流 态 ，试 验 工作 量大 ，费用较 高 。 由于表孑 泄 流均存 Ｌ
在 自由水面 ，属于水气二相流问题 ，本文结合马岩 洞水 电站大坝泄水建筑物体形设计 ，采用 ｋ一 紊 流数学模型 ，用 Ｖ Ｆ Ｖ ｌ ｅ ｆ ｌ ｄ 方法来模拟 Ｏ （ｏ ｍ ｕ ） ｕ ＯＦ ｉ 跟踪 自由水面 ，对马岩洞水 电站大坝表孔溢流建筑 物在 ４种不 同体形状态下水流流动进行数值求解 ，
第 ２ 第 ６期 ５卷
Ｇ ＩＨ０ Ｔ Ｒ Ｐ ＷＥ ＵＺ ＵＷＡ Ｅ Ｏ Ｒ
贵州水力 发电
２１ 年 １ ０１ ２月
・
试 验 与研 究 ・
三维 数值 模 拟 分析 在 马岩洞水 电站 大坝表孔泄流设计中的运用
熊 忠 明 ，金 城
（ 国水 电顾 问集 团贵 阳勘 测设 计研 究院 ，贵州 贵 阳 ５０ ８ ） 中 ５ ０ １ 摘要 ：本文采用 ｋ—ｓ 流数学模型 ，用 Ｖ Ｆ方法来模 拟跟踪 自由水 面 ，求解三维数值方程 ，对不同体形情况下 紊 Ｏ 大坝表孔的泄水建筑物水流 流动进行了数值计算 ，得 出水 流流 动的参 数 ，并计算 出 了挑 射水流 形态 。通过 比较 分析 ，优化 了泄水建筑物体形 ，为工 程设 计提供参考 。
马岩洞 水 电站 工程 采用 ５孑溢 流表孔 泄洪 ，每 Ｌ 孑 净 宽 １ Ｌ ０ｍ，堰 顶 高 程 ７９５ ８ ．０ｍ，消 能 方式 为挑 流消 能 ，反 弧 半 径 １ ２ｍ，挑 射 角 １。 ０ ，鼻 坎 高 程 ７４ ５ ８ ．４ｍ。正 态模 型 试 验 采 用 １ ３ ：０的 比尺 ，试 验
雨水口泄流特性的三维数值模拟研究
对 雨 水 口 泄 流 过 程 的 认 识 ，为 城 市 防 洪 减 灾 提 供 定 量 依 据 。
狭窄河道泄洪洞与溢洪道联合泄洪三维数值模拟研究
狭窄河道泄洪洞与溢洪道联合泄洪三维数值模拟研究
黄桂兵;刁明军;蒋雷;贾旺
【期刊名称】《西南民族大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(48)2
【摘要】狭窄河道的泄洪消能一直是水利水电工程的难点.采用RNG k-ε紊流模型与VOF模型对狭窄河道上溢洪道与泄洪洞的联合泄洪进行水气两相流的整体三维数值模拟.数值模拟结果表明,水舌形态、挑距、入水角度和速度与模型试验以及理论计算结果吻合良好.并进一步对河道内流态、不同高程位置断面的流速和流场分布进行了分析.研究结果表明数值模拟方法具有较强的可靠性与合理性,且能够反映狭窄河道内的真实流态,可以在一定程度上替代模型试验,为工程优化设计提供科学依据.
【总页数】8页(P222-229)
【关键词】狭窄河道;溢洪道;泄洪洞;联合泄洪;挑流水舌;水气两向流;三维数值模拟【作者】黄桂兵;刁明军;蒋雷;贾旺
【作者单位】四川大学水力学山区河流开发保护国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV143
【相关文献】
1.孔板泄洪洞水流三维数值模拟研究
2.竖井旋流泄洪洞三维数值模拟研究
3.泄洪洞掺气蚀减三维数值模拟分析方法
4.高水头明流泄洪洞三维数值模拟
5.旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟
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大型水利工程泄洪放空洞掺气设施水力特性数值模拟研究
2.2.2 泄洪放空洞及掺气坎物理建模
在工程实践中，主要根据弗劳德相似准则（重力相似 准则）设计流动系统的模型。由于实体结构长为 1496m， 难以建立 1 ∶ 1 模型，因此选择 1 ∶ 40 的比例尺，建立 长度为 37.4m 的有机玻璃模型。该模型的横截面积、流量、 流速和粗糙系数与实体结构有差异。例如流量比例尺约为 1 ∶ 10123，流速比例尺约为 1 ∶ 6.38。在物理模拟过程 中，需要掌握模型中的实际流速和水面高程，采用智能测 速仪测定流速，通过直尺测量水面高程，在每个掺气坎和 保护段设置 21 个水面高程测点，共 105 个测点。
施的水力特性。通过对比和分析掺气坎后空腔处的流态、空腔长度和空腔压力，发现靠近进水口的前两个掺
气坎设计不合理，1#、2# 掺气坎均存在空腔回水问题，并且1# 掺气坎的空化、气蚀风险较高，需要改造原
有的设计方案。
关键词 ：泄洪放空洞 ；掺气设施 ；水力特性 ；数值模拟
中图分类号 ：TV 65
应用谢才公式的前提是确定谢才系数 C，曼宁公式提
出一种计算谢才系数的方法，在工程设计中发挥了重要的
作用，如公式（2）所示。
C = 1 R1/6 n
（2）
式中 ：n 为管道或渠道的粗糙系数，其他参数的含义同公
式（1）。综合谢才公式和曼宁公式可得到平均流速 v 的计
- 90 -
工程技术
2023 NO.12（上） 中国新技术新产品
7.22m~9.41m
4#掺气坎后
5.68m~8.07m
7.20m~10.01m
5#掺气坎后
4.41m~8.22m
5.89m~10.62m
3.2.2 掺气坎后空腔长度及压强模拟结果分析
3.2.2.1 空腔长度模拟结果分析
不同孔分布孔板的水力空化效果的数值模拟
３ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｒｆｃ＆ Ｔ ａ ｓ ｏ ｏ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ｎｒｌＳ ｕｈＵｎｖｒｉ ． ｃ ｏｌ ｆＴ ａｆ ｉ ｒｎ ｐ ￣ｍｉｎＥｎ ｉｅｒｎ ； ｅ ｔａ ｏ ｔ ｉｅｓｔ ｙ，Ｃ ａ ｇｈ １０ ５，Ｃ ｉａ ｈ ｎ ｓａ４ ０ ７ ｈｎ ）
Ａｂｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｎ ＬＵＥＮＴ ａｇ —ｃ ｌ ｆｏ ｉｅｄ ａｃ ｌｔｏ ｓ ＇ｗａ ｅ ｎ ｓａ ｄ ｒ Ｋ— ｔ ｒ ｕ ｅ ｃ ｍｏ ｅ ， ｔ ｅ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ Ｏ Ｆ ｌｒ ｅ ｓ ａｅ ｌ ｗ ｆ ｌ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｏ ｒ ａ ｄ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｕｂ ｌｎ ｅ ｄ ｌ ｈ
孔 分 布 孔 橛 水 窒 效 果 的数 值 模 拟
朱孟府 苗秀娟 ， ， 邓 橙 谢 ， 炜 宿红波 游秀 东 ， ， ，陈 平
（． １ 军事 医学科学院 卫生装备研究所 ， 天津 ３０ ６ ； ０１１
２ 长 沙理 工大 学 汽 车与机械 工程 学院 ，湖 南 长 沙 ４ ０ １ ． １ １４； ３ 中南 大学 交通运输 工程 学 院 ， 南 长 沙 ４ ０ ７ ） ． 湖 １ ０ ５
摘 要 ： 于 大 型 流 场计 算软 件 Ｆ Ｕ Ｎ ， 用标 准 ，８双 方程 湍流 模 型 ， 对 多孔 孔板 水 力 空化 器 中 圆 形 阵 列 、 基 Ｌ Ｅ Ｔ选 （ 一 针 圆形 均
不同孔分布孔板的水力空化效果的数值模拟
不同孔分布孔板的水力空化效果的数值模拟朱孟府;苗秀娟;邓橙;谢炜;宿红波;游秀东;陈平【摘要】Based on FLUENT large-scale flow field calculation software and standard κ-ε turbulence model, thernnumerical simulation of hydrodynamic cavitation effect of three kinds of orifice plates ------ circular array, circularrnuniform distribution and horizontal uniform distribution ------ was studied, and the vapor fraction, turbulent kineticrnenergy and the flow velocity vector distribution figure were obtained. The results showed that the cavitation effect of average uniform orifice plate was better than circular array and circular uniform, and the cavitation effect of circular uniform orifice plate was better than circular array. Orifice layout had little effect on the flow, but had impact on the location and number of vortex generated at near the wall of the orifice plate. Most of the cavitation effect occurred within the orifice in the plate, and the high gas fraction region was took place at the end of orifice plate. [ Ch ,5 fig. 1 tab. 8 ref. ]%基于大型流场计算软件FLUENT,选用标准κ-ε双方程湍流模型,针对多孔孔板水力空化器中圆形阵列、圆形均布和水平均布3种孔分布方式,对孔板汽含率、湍动能及流线速度矢量分布图等水力空化效果进行了数值模拟计算.结果表明,水平均布多孔孔板的空化效果优于圆形阵列和圆形均布多孔孔板,圆形均布孔板空化效果好于圆形阵列孔板;孔的分布方式对流速影响不大,但对孔板后临近壁面处漩涡产生的位置及数量有影响;空化大部分发生在孔板小孔内流域中,且高汽含率区域发生在孔板末端.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】4页(P8-11)【关键词】水力空化;多孔孔板;数值模拟;水处理【作者】朱孟府;苗秀娟;邓橙;谢炜;宿红波;游秀东;陈平【作者单位】军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙410114;中南大学交通运输工程学院,湖南长沙410075;军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙410114;军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津300161【正文语种】中文【中图分类】O351.20 引言空化是液体所特有的一种非常复杂的流体动力现象，随着人们对空化认识的深入，空化效应开始应用于包括掺气水射流、空化清洗技术、水处理等领域。
三维泄洪紊流流场的数值模拟
各相的动量传递方程为丢ｃ∥抄暑ｃ肛以，一考＋言一喏＋鼍，＋昭，＋弓ｃｚ∞，图２－３大坝崩溃的液面追踪模拟ＶＯＦ模型除了追踪自由表面之外，还能处理流体喷射崩溃破灭液体中的大的气泡形成与运动。
图２．３就是ＶＯＦ模型的典型算例结果。
２．４数值计算方法水流运动的控制方程为非线性偏微分方程组，通常没有解析解，只能借助计算方法求得数值解数值解的收敛性稳定性和实际水流的符合程度，很大程度上取决于数学方程的离散形式，即采用的数值解法因而在数值计算中，计算方法选择的是否合理是数值计算成败的关键本节主要工作是比较现有的各种数值模型计算方法，并根据他们的特点提出适合本文研究问题的方法。
数学模型的发展历程，其实是各种离散方法的发展过程由于离散基本原理和方法不同，离散方法大致分为：有限差分法郁良单元法有限体积法有限节点法边界单元法、有限分析法等。
２．４．１有限差分法（Ｆｉｎｉｔｅ－ＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＭｅｔｈｏｄ，简写ＦＤＭ）有限差分法（ＦＤＭ）㈣是计算机模拟计算水流运动最早使用的方法，也是数傻第三章挑跌流泄洪流场的数值模拟图３－５时均压力计算结果Ｑ＝１６．３ｍ３／ｓ图３－６Ｑ＝３２．６ｍ３／ｓ溢流堰中截面局部流场图３－７Ｑ＝５０ｍ３／ｓ溢流堰中截面局部流场３．４挑跌流泄洪水舌三维数值模拟应用３．２节建立的数学模型，利用ＶＯＦ方法和七一￡二方程紊流模型耦台，同时编制程序保持上游水位恒定的边界条件，研究拱坝坝身泄洪表、中孔挑ｆ跌）流水舌的运动参数。
对于表孔，选取四种体型（包括挑流和跌流），中孔选取一种体型，对其泄洪水舌给予研究。
最后应用前人建立的经验公式，计算了表孔、中孔单独泄洪的挑距等水力参数，并和本章的数值模拟结果进行了比较。
３．４．１表孔泄洪水舌的模拟３．４．Ｉ．１计算网格图及工况选取４中不同的表孔体型，对其泄洪流场进行了模拟。
体型１网格体型３局部网格表３－４计算工况图３－８表孔网格体型２局部网格体型４局部网格表孔体型编号上游水位（ｍ）下游水深（ｍ）表孔体型编号上游水位（ｍ）下游水深（ｍ）工况１６．１６２．００工况１８．ＯＯ３３．７５工况２６．１６４．ＯＯ工况２ｌＯ．２２２８．５７１号工况３６．１６６．００３号工况３１２．４４２４．４６工况４１０．ＯＯ６．ＯＯ工况５１２．ＯＯ６．ＯＯ卜工况１８．００２６．５工况１８．ＯＯ２４．３２工况２１０．００３０．Ｏ４号工况２１０．ＯＯ２７．９４工况３１２．ＯＯ３０．Ｏ工况３１２．ＯＯ２９．３２工况４１４．ＯＯ３２．４工况４１４．ＯＯ２７．５７计算结果：由于计算结果相当丰富，限于篇幅仅列举一些比较典型的计算结果。
某水电站泄洪底孔水力学特性的数值模拟研究
水电秋机电技术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station 第44卷第5期2021年5月Vol.44 No.5May.202161某水电站泄洪底孔水力学特性的数值模拟研究王永成，周涛（江西省水务集团有限公司，江西南昌330000）摘要：对于不同水文地质条件选择合理的泄洪建筑并对其进行实验模拟以及数值计算模拟是保护下游水利设施的重要步骤之一。
本文利用有限元软件建立泄洪底孔结构并对其水力特性进行模拟分析，将有限元软件模拟结果与实验所得结果进行对比以验证有限元模型的可靠性以及适用性，分别设置设计工况和校核工况，对比两个工况下的计算结果以说明有限元模型模拟结果没有偶然性。
结果表明，选用的泄洪底孔模型的模拟结果与实验结果 拟合较好,挑流鼻坎的设置有效的降低了下游的洪水水位。
关键词：泄洪建筑;泄洪底孔;模拟；实验中图分类号:TV131 文献标识码：B 文章编号:1672-5387（2021）05-0061-03DOI : 10.13599/ki.l 1-5130.2021.05.0191引言近几年，由于洪水的影响而导致水工结构建筑 发生破坏越来越多叫泄洪建筑是水工建筑上游用来排泄多余洪水、保护其下游水利枢纽的重要结构。
泄洪建筑物少］主要有溢洪道、溢流坝、泄水口等类 型,针对不同的水文地质条件与泄洪要求需要选择合适的泄洪建筑形式，因此研究泄洪建筑在运行过 程以及施工［4'5］过程中的水力学特性、分析当地水 流条件对泄洪建筑的影响便成为研究重点之一，并且研究结果将对保护水利枢纽的水工结构建筑有重 要的意义。
本文建立泄洪底孔结构模型并采用有限元软件模拟其水力特性,将结果与实验结果作对比以验证模 拟的可靠性，并研究不同工况下泄洪底孔水力特性的差别。
2数值计算模型如图1所示，某水电站泄洪底孔的计算区域建立坐标系。
X 轴为水流方向，取上游35.000 m 断面到下游187.300 m 断面为计算区域；Y 轴为水流断 面方向，取值为0~46 m ； Z 轴为水位高程，取值 为1 230.0-1 294.0 m o 上游计算域的左边界为速度入口（水流项）及压力入口（空气项），其中速度 为v=0.44 m/s,总压强为标准大气压，上边界为压强入口。
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第 ３ 卷第 １ １ 期
赵 振 兴 ， ： 孔 板 泄洪 洞水 流 三 维 数 值 模 拟 研 究 等
方 程
＋
：
流速 度根据 流量 计 算 ， 且 给 出紊 动 能 （｝ 和 紊 动 并 ｊ ） 能耗散 率 （ ） 占 的边界值 ； ｂ 出流边 界条 件 ： 出 口边 界 认 为 水 流 已充 分 ． 在 Ｃ 壁 面边 界 条件 ： 用 壁 面 函数 处 理 和无 滑 ． 采
孔 板 段 பைடு நூலகம் 径 为 ｌ ． 孔 板 厚 度 为 ２ｍ， 孔 板 内径 ４ ５ｍ， Ｉ
连续性方 程
塑 ＋ Ｏ
ｔ
： ０
Ｏ ｘ
，
（） １
’
为 １ ２ 和 ３ 孔 板 内径为 １， ． ０ｍ， ０５ｍ ３个 孔 板 的
上游根部 均加一个 １２ｍ × ． ． １ ２ｉ ｎ的环形贴 角 ， 孔板
图 １ 孔板 泄 洪 洞 模 型 图
２ 数值 计 算
２ １ 紊 流 模 型 ．
，
泄洪 洞 中水 流为 三维 不 可压 缩流 动 ， 雷 诺时 用 均方 程组 和 ｋ—ｓ紊 流模 型 联 合 求解 ， 制 方 程 控
可写 为 ：
１ 计算 模 型 和条 件
为 了考虑 龙 抬头段 对 流态 的影 响 ， 将龙 抬头 段 与孔板 段一起 进行计 算 ， 游 截至 中闸室 前 的渐 变 下 段． 龙抬 头进 口洞径为 １ ． 逐渐 扩大到 １ ． ， ２ ５ｍ， ４ ５Ｉ ｎ
收 稿 日期 ：０ ８—１ ２０ ０—１ ０
动方 ＋（ 量程 毒 毒毒（ ）ｘＯ］ ２ ＋［ 一ｊｘ，（ ｔ＋ ， Ｏ— ｄ ）
作者简介： 赵振 兴 （ ９ ２ ） 男 ， 林 省 吉 林 市人 ， 授 ， 要从 事 计 算 流 体 力学 方 面 的研 究 １５一 ， 吉 教 主
第３ １卷第 １ 期
２１ ０ ０年 ２月
华
北
水
利
水 电
学
院
学
报
Ｖｏ． Ｎｏ １３ｌ ．１
Ｆｅ ｂ．２ ０ Ｏ１
Ｊ ｕｒ ｌｏ Ａｈ Ｃｈ ｎ ｎ ｔｔ ｅ ｏ ａ ｅ ｎ ｅ ｖ ｎｃ ｎ ｄ ｏ ｌ ｃｒｃ Ｐｏ ｒ ｏ ｎａ ｆＮｏ ｉ ａＩ ｓｉ ｆＷ ｔｒＣｏ ｓ ｒ ａ ｙ ａ ｄ Ｈｙ ｒ ｅｅ ｔｉ ｗｅ ｕｔ
按 １孔板 泄 洪 洞第 一 次 过 流 试 验 的条 件 和 参 数进 行计算 ： 库 上 游水 位高 程 为 ２ ０ ２ ｌ 流 水 １． ２ ｎ， 量为 １ ８ ｓ洞 内平均 流速为 ７ ８ｍ ｓ ８ｍ ／ ， ２ ． ／ ．
的泄 洪能力均 为 １５ ９ １ ／ ． 级 孔板 泄 洪洞 消 能 ４ Ｉ ｓ 多 Ｔ
中 图 分类 号 ： Ｖ ５ ． Ｔ ６ １３ 文献 标 识 码 ： Ａ
在 多泥沙河 流 中 ， 用多级 孔板泄洪 洞消能 ， 采 既
顶 部 削 角 均 为 ３ 。 两 孔 板 之 间 长 度 均 为 ３倍 洞 ０，
可控制水 流速度 ， 减轻 出 口的消能负担 ， 又可减少 造 价． 国小 浪底水 利枢 纽 采 用孑 板 消能 工将 导 流 隧 我 Ｌ 洞改建为泄 洪隧洞 ． 建后 两 者共 用 洞段 总 长达 改 ３０ ０ｍ， ０ 占洞身 总 长 ８ ％ ， 重 复使 用率 居 国 内各 ８ 其
效果 良好 ， 而且 没发生 意外事故 ． 目前 对 多 级孔 板 消能 问题 的 研 究 多是 物 理 模 型， 由于孔 板泄 洪洞 内流动的复 杂性 ， 学模型研究 数 尚少 ， 多问题还 没能很好 地解决 ． 很 笔者结合 小浪底 水利枢 纽 １多 级孔 板 泄 洪 洞 的 原 型试 验 结 果 进 行 了数值模 拟研究 ．
行 了 验证 ， 数值 模 拟 结 果 与 原 型 试验 数 据 吻 合 性 良好 ． 过 对 数 值 模 拟 结 果 的分 析 ， 得 了流 速 、 力 和紊 动 通 获 压
能 等水 力 要 素 的分 布 规 律 ， 现 三者 均在 孔 板 附 近 剧 烈 变 化 ， 细 地 反 映 出孔 板 泄 洪 洞 的 消 能 特 性 ． 值 模 发 详 数
移条 件．
毒 ＋／ 】 ， （ 发展 ， 匀流 条件 给 出各变量 的边 界条 件＂ ； ／ａ ＋ ３ ￣ｋ Ｇ ＇ ） 按均
方 程
０
＋
ｏ
：
［ ＋ ￣ ｃ ｆＣ ｝ （ （ １ 】 － ￣ ２ ４ ０ ＋ ， ， ） ＂ａ ８ｘ Ｉ －ｐ
拟结 果 表 明用 ｋ —ｓ紊 流模 型来 研 究 孑 板 消能 的水 力 特 性 是 可行 的 ， 以与 物 理模 型并 用 ， 更 为 深 入研 究 内 Ｌ 可 需 部机 理 和 消 能 特 点 ， 孔 板 泄洪 洞 的应 用 提供 可靠 的参 考 依 据 ． 为
关 键 词 ： 板 消能 ； 孔 数值 模 拟 ； 流速 分 布 ； 力 分 布 ； 动 能 分 布 压 紊
文 章 编号 ：０ ２— ６ ４ ２ １ ） １ ０ １ ０ １０ ５ ３ （ ０ ０ Ｏ — ０ ０— ４
孔 板 泄 洪 洞 水 流 三 维 数 值 模 拟 研 究
赵 振 兴 ，何 宁
（ 海 大 学环 境 科 学 与 工 程 学 院 ， 苏 南京 ２ ０ ９ ） 河 江 １０ ８
摘
要 ： 用 ｋ～ 紊流 模 型 模 拟 小 浪底 水 电站 ９ 孔 板 泄 洪 洞 三 维 水 流 运 动 ， 用 试 验 资 料 对 其 计 算 结 果进 采 利
大水 电工程 之首 ． 隧洞按压 力可分 为 ２段 ： 中闸室前 为压力段 ， 中闸室后 为明渠 流． １低位 孔板 泄洪 洞 的
最 大 泄 流 量 为 １７ ７Ｉ ／ ， ３ 高 位 孔 板 泄 洪 洞 ２ ｎ ｓ２ 和
径 ｊ１和 ２ 孔板 之 间为 １消 能 室 ； ３ 孔板 之 ． １和 间为 ２ 消能室 ； 孔板至末 端为 ３ 消能 室． ３