龙抬头式泄洪洞突扩突跌体型优化的数值模拟.pdfVIP

龙抬头式泄洪洞突扩突跌体型优化的数值模拟 王建文吴一红王晓松 中国水利水电科学研究院水力学研究所，北京，100038，wan舀w@iwhr．com 摘要数值模拟日益成为研究高速水流的重要技术工具，因而数值模拟能否真实反映模拟对象的 水流特性至关重要。本文利用商业软件FLUENT6．18对紫坪铺18泄洪洞第三道突扩突跌跌坎进行 体型优化的三维数值计算，用VOF方法模拟自由表面。计算结果表明，在突扩比确定的前提下， 影响突扩突跌下游水翅强度的主要因素是跌坎的高度及挡板的斜角；在挡板斜角相同的情况下，跌 m时，水翅强度最弱；在跌坎高度相同的情况下，随着挡板斜角的减小，水翅强度也 坎高度为2．5 随之减弱。 关键词 数值模拟 体型优化 突扩突跌 水翅强度 1前言 紫坪铺水利枢纽工程位于岷江上游，距都江堰市城西约9km，是一座以灌溉和城市供水 m 为主，兼有发电、防洪等效益的大型水利枢纽。龙抬头段的断面为城门洞形，其宽为6．2 mX10．7 m的10．7 m的 m。然而，原导流洞为底宽7。83 与工作门的宽度一致，高为13．7 马蹄型断面，两部分断面形状和尺寸均有很大差异。为此，采用突扩跌坎将两者连接起来， 细节见文献[，3；同时，利用水流自由扩散的原理设计了一种结构简单、易于施工的四面体楔 型掺气坎，如图1所示。 图1紫坪铺18泄洪洞第三道突扩突跌掺气坎的体型 2计算体型的确定 体型优化的目的是尽量减弱缓坡段的水翅强度，保证有足够的通气空腔。在突扩比不变 的前提下，确定影响缓坡段水翅强度的主要因素是跌坎的高度以及挡板的斜角。跌坎的高度 m～3．0 选择在2．0 m之间，为了改善水流形态，在突扩突跌处加上簸箕状的三角形挡板， m-,9．5 挡板的高度由5．0m线性变化减小到零，挡板的长度选择在6．5 m之间。8种体型见 mX 表1，体型一跌坎高度为3．0m，三角形簸箕状挡板形状为8．5 5．0m；体型二至体型五 m×5．0 mX5．0 m× 跌坎高度为2．5m，三角形簸箕状挡板形状依次为6．5 m，7．5 m，8．5 5．0 mX5．0 mX5．0 m，9．5 m；体型六跌坎高度为2．0m，三角形簸箕状挡板形状为8．5 m； 体型七跌坎高度为2．5m，没有加挡板；体型八跌坎高度为2．5m，三角形簸箕状挡板形状为 8．5mX5．0m，挡板的坡度和缓坡段的坡度(i=O．005432)--致。 ·211· 表1体形一至体型八的具体尺寸 体型 跌坎高度(m) 挡板尺寸(m) 体型一 3．0 8．5X5．O 体型二 2．5 6．5×5．O 体型三