數值模擬在泄洪洞摻氣減蝕設施體型優(yōu)化試驗中的應用.pdf

1、人工摻氣減蝕設施能有效的降低泄洪洞內的空蝕現象,但摻氣設施的體型設計缺乏可靠的設計理論。在設計過程中,常用水工模型試驗對設計方案進行驗證,進而提出相應的優(yōu)化方案。通過模型試驗進行體型優(yōu)化有較多的局限性,使用數值模擬輔助模型試驗能有效的解決這種問題。
　　本文系統(tǒng)的闡述了泄洪洞高速水流空化與空蝕現象的產生機理,以及人工摻氣減蝕設施的原理與研究思路,通過對各項理論的總結,提出體型優(yōu)化的具體方式。在確定優(yōu)化方式后,通過對數值方法及相關試

2、驗規(guī)范的深入研究,制定合理的試驗方案,根據實際情況選擇歐拉模型作為數值計算模型,并提出相應的數值計算過程。
　　本文的研究實例為典型的高水頭泄洪洞,選擇該泄洪洞的一號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施體型設計難度較大,通常需要多次優(yōu)化才能得到合理的體型。本研究實例首先通過對原方案先后開展模型試驗和數值計算,通過比對各項重要參量,驗證數值計算精度。在計算精度得到驗證后,采用原方案的

3、水力條件,使用數值模擬進行體型優(yōu)化,提出滿足設計要求的推薦方案。最后,對推薦方案開展模型試驗,并在同樣的水力條件開展數值計算,再次驗證數值計算精度。進行數值計算精度驗證時,計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、空化數和摻氣量,分析計算結果與試驗結果的誤差,并分析誤差產生的可能性;進行體型推導的數值計算時,選擇正常蓄水位作為體型推導的計算工況,通過分析空腔形態(tài)、摻氣量兩個因素,判定體型是否合理,如