洞塞式內(nèi)消能地水力特性地實(shí)驗(yàn)研究與理論分析報(bào)告

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1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)“洞塞式內(nèi)消能的水力特性的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析”研究報(bào)告中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院08港航何勇、朱慧潔、鄭清鑫摘要洞塞式消能工是利用水流的突縮突擴(kuò)作用進(jìn)行消能的消能工，本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析手段研究了突縮突擴(kuò)單級(jí)洞塞多級(jí)洞塞的最佳尺寸、消能特性、消能機(jī)理、空化特性等，并探索把洞塞式消能工應(yīng)用到大型水電工程的可能性，得出的結(jié)論包括：1、針對(duì)二級(jí)洞塞消能工附近的局部流動(dòng),分析研究了水流紊動(dòng)特點(diǎn),建立了洞塞泄流的三維RNGk-ε紊流數(shù)學(xué)模型。2、建立了單級(jí)洞塞

2、泄流的物理模型，利用物模試驗(yàn)資料對(duì)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，兩者吻合較好，說(shuō)明利用RNGk-ε模型模擬有二級(jí)洞塞的附近流動(dòng)是合理可行的3、利用建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)一、二級(jí)洞塞的消能率和消能比進(jìn)行了計(jì)算分析,結(jié)果表明一、二級(jí)洞塞面積收縮比對(duì)消能率和消能比的影響較大，而相對(duì)長(zhǎng)度對(duì)其影響很小。4、在水頭損失系數(shù)和計(jì)算域最小空化數(shù)權(quán)重相等的條件下，構(gòu)造了簡(jiǎn)單的目標(biāo)函數(shù)，給出了漸縮漸擴(kuò)洞塞的最優(yōu)幾何體型參數(shù)。5、探究了如何構(gòu)造符合工程實(shí)際的目標(biāo)函數(shù)，并給出合理的控制條件是后續(xù)工作需要深入研究的內(nèi)容。精彩文檔

3、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)6、本文提出了一種新型的漸縮漸擴(kuò)洞塞。針對(duì)順直洞塞和漸縮漸擴(kuò)洞塞消能工附近的局部流動(dòng)，分析研究了水流紊動(dòng)特性，建立了洞塞泄流的三維RNGk-ε紊流數(shù)學(xué)模型和物理模型，利用物理模型試驗(yàn)資料對(duì)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，兩者吻合較好。7、利用建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)順直洞塞和漸縮漸擴(kuò)洞塞的水頭損失系數(shù)和空化數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。當(dāng)洞塞漸縮段和漸擴(kuò)段幾何尺寸互換時(shí)，水頭損失系數(shù)和最小空化數(shù)的變化不大。8、對(duì)洞塞脈動(dòng)壓強(qiáng)特性的分析表明：洞塞的脈動(dòng)壓強(qiáng)最大點(diǎn)均位于洞塞進(jìn)口附近，在洞塞內(nèi)逐漸變小，水流突擴(kuò)后，脈動(dòng)壓

4、強(qiáng)有所增加，后逐漸恢復(fù)穩(wěn)定；而面積收縮比越小，脈動(dòng)壓強(qiáng)越大。9、釆用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了不同體型洞塞的空化特性。關(guān)鍵詞：洞塞消能水力特性空化數(shù)一、回顧與評(píng)述首先介紹本課題的選題背景及研究的意義，接著對(duì)洞塞式內(nèi)流消能工（以下簡(jiǎn)稱(chēng)洞塞式消能工或洞塞）的定義和研究歷程進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，最后，針對(duì)前人的研究空白和現(xiàn)階段洞塞式消能工研究需要解決的問(wèn)題，提出本文的研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線。1問(wèn)題的提出1.1我國(guó)水電建設(shè)面臨的任務(wù)我國(guó)是水能資源豐富的國(guó)家，水能蘊(yùn)藏量1萬(wàn)KW以上的河流有300精彩文檔實(shí)用標(biāo)

5、準(zhǔn)多條，我國(guó)水能蘊(yùn)藏量為6.76億KW，水能蘊(yùn)藏居世界第一，約占世界總量的1/6，相應(yīng)的年發(fā)電量達(dá)6.02萬(wàn)億KW.h。建國(guó)以來(lái)，特別是二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)的水電建設(shè)取得了巨大的成就，到2002年底，全國(guó)常規(guī)水電己開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量78850MW，年發(fā)電量2710億KW.h，分別占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量的20%和經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)年發(fā)電量的15.6%，占全國(guó)總電力裝機(jī)容量的22.1%，包括在建項(xiàng)目，全國(guó)水電裝機(jī)容量占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量的32%。我國(guó)水電建設(shè)與各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密相關(guān)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)水能資源少，

6、開(kāi)發(fā)程度高，而經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)資源量大，開(kāi)發(fā)程度低。整個(gè)東部地區(qū)13個(gè)省〔直轄市）經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)37589MW，已在建容量21240MW，開(kāi)發(fā)程度達(dá)到56.5%，中部地區(qū)6個(gè)省經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)53974MW，已在建容量39889MW，開(kāi)發(fā)程度為74%，而水能資源特別豐富的四川、云南、西藏開(kāi)發(fā)程度僅為16%、11%和5%。按照電力發(fā)展和“西電東送”需要、大型河流開(kāi)發(fā)進(jìn)程、大中型水電項(xiàng)目規(guī)劃和前期工作深度以及小型水電站合理建設(shè)規(guī)模等，制定的水電中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)表明：到2010年水電裝機(jī)容量達(dá)到1.6億KW，占電力總

7、裝機(jī)容量的27%，水電開(kāi)發(fā)程度達(dá)40%；到2020年水電裝機(jī)容量達(dá)到2.7億KW，占電力總裝機(jī)容量的29%,水電開(kāi)發(fā)程度達(dá)68%（見(jiàn)圖1）。按區(qū)域劃分，到2020年，四川，云南，貴州的水電開(kāi)發(fā)總裝機(jī)規(guī)模分別要達(dá)到64600MW、53100MW和16300MW，開(kāi)發(fā)程度分別為64%、54%和86%。這意味著今后平均內(nèi)年要新增水電裝機(jī)1000多萬(wàn)千瓦，在今后的20~25年的一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)水電開(kāi)發(fā)將迎來(lái)一個(gè)高峰，而且主要集中在我國(guó)的西南地區(qū)。因此研究我國(guó)西南地區(qū)水電建設(shè)所面臨的技術(shù)問(wèn)題具有現(xiàn)實(shí)意義和

8、緊迫性。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖1.1我國(guó)水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃圖1.2內(nèi)流式消能工研究的意義我國(guó)兩南地區(qū)位于我國(guó)三大階梯地形的第一級(jí)至第二級(jí)階梯的過(guò)渡地帶，河流比降大、流量大、河谷狹窄，適合建設(shè)大型水電工程，但由此產(chǎn)生的泄洪消能問(wèn)題也特別突出。傳統(tǒng)的消能工〔挑流、底流、而流和戽流消能工）一般是把水流能量集中到泄水建筑物末端后，再利用下游的水體（如水墊塘、消力池或天然河道）把水流聚集的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為下游水體的內(nèi)能和動(dòng)能以達(dá)到轉(zhuǎn)化和分散能量的目的。相對(duì)于傳統(tǒng)消能工，內(nèi)流式消能工是在泄水建筑物（如泄洪洞）內(nèi)部，通過(guò)過(guò)流