數(shù)值模擬在泄洪洞摻氣減蝕設(shè)施體型優(yōu)化試驗(yàn)中的應(yīng)用.pdf

1、人工摻氣減蝕設(shè)施能有效的降低泄洪洞內(nèi)的空蝕現(xiàn)象,但摻氣設(shè)施的體型設(shè)計(jì)缺乏可靠的設(shè)計(jì)理論。在設(shè)計(jì)過程中,常用水工模型試驗(yàn)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證,進(jìn)而提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。通過模型試驗(yàn)進(jìn)行體型優(yōu)化有較多的局限性,使用數(shù)值模擬輔助模型試驗(yàn)?zāi)苡行У慕鉀Q這種問題。
　　本文系統(tǒng)的闡述了泄洪洞高速水流空化與空蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理,以及人工摻氣減蝕設(shè)施的原理與研究思路,通過對各項(xiàng)理論的總結(jié),提出體型優(yōu)化的具體方式。在確定優(yōu)化方式后,通過對數(shù)值方法及相關(guān)試

2、驗(yàn)規(guī)范的深入研究,制定合理的試驗(yàn)方案,根據(jù)實(shí)際情況選擇歐拉模型作為數(shù)值計(jì)算模型,并提出相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算過程。
　　本文的研究實(shí)例為典型的高水頭泄洪洞,選擇該泄洪洞的一號(hào)摻氣坎作為研究對象。該處的斷面流速介于高速水流與低速水流之間,這種水力條件下的摻氣設(shè)施體型設(shè)計(jì)難度較大,通常需要多次優(yōu)化才能得到合理的體型。本研究實(shí)例首先通過對原方案先后開展模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算,通過比對各項(xiàng)重要參量,驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算精度。在計(jì)算精度得到驗(yàn)證后,采用原方案的

3、水力條件,使用數(shù)值模擬進(jìn)行體型優(yōu)化,提出滿足設(shè)計(jì)要求的推薦方案。最后,對推薦方案開展模型試驗(yàn),并在同樣的水力條件開展數(shù)值計(jì)算,再次驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算精度。進(jìn)行數(shù)值計(jì)算精度驗(yàn)證時(shí),計(jì)算工況分別選擇正常蓄水位和校核洪水位,通過分析比對水面線、洞頂余幅、沿程壓力、空化數(shù)和摻氣量,分析計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的誤差,并分析誤差產(chǎn)生的可能性;進(jìn)行體型推導(dǎo)的數(shù)值計(jì)算時(shí),選擇正常蓄水位作為體型推導(dǎo)的計(jì)算工況,通過分析空腔形態(tài)、摻氣量兩個(gè)因素,判定體型是否合理,如