引水隧洞进口明满流数值模拟

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1、引水隧洞进口明满流数值模拟　　摘要：以雪山水库引水坝调洪演算成果和工程投资估算为依据，拟定引水隧洞断面尺寸和引水坝水位，校核水位2449.99m时，引水隧洞出现了明满交替流流态。采用有限体积法，运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT对不同进水口型式的引水隧洞进口段进行数值模拟。在此基础上，比较引水隧洞在明满流流态下不同进水口型式的洞内脉动压强和水流速度沿水流方向变化情况，分析得出喇叭型进水口可更好的改善过流条件，减小明满流的不利影响。　　关键词：引水隧洞；明满流；数值模拟；FLUENT；脉动压强

2、　　中图分类号：TV314文献标志码：A文章编号：1672-1683（2016）04-0163-05　　Abstract：BasedonfloodroutingresultandconstructioninvestmentestimationofXueshanReservoir，thefacturesurfacesizeofthediversiontunnelandthefrontwaterofdiversiondamwereproposed.Thediversiontunnelpresented

3、akindofflowwhichwasthefirstmixedfree-surfacepressurizedflowatmaximumfloodleverof2449.99m.ThediversiontunnelinducerofdifferentwaterinletstyleswasmodeledbytheCFDnumericalsoftwareFLUENT.Byanalyzingthedynamicpressureandflowvelocityinthecaseofthiswaterflow

4、alongthediversiontunnel，theresultsindicatedthatthe11bell-mouthinletcouldbetterimprovetheflowconditionandreducethenegativeimpactofmixedfree-surfacepressurizedflow.　　Keywords：diversiontunnel；mixedfree-surfacepressurizedflow；numericalmodeling；FLUENT；dyna

5、micpressure　　水利不仅是农业的命脉，而且是整个经济、社会发展的基础设施和基础产业，是治国安民的大事[1]。在水利行业的发展中，水工引水隧洞、水电站尾水洞出现了明满流[2-7]流态。明满流，是非恒定流[8]中的一种特殊流态，该流态是一种进口常伴随有吸气漩涡现象，在隧洞内夹杂有不稳定气囊使得隧洞内出现有压与无压周期性变化的不稳定状态，在水工隧洞、水电站尾水洞中均有可能发生[9]。我国盐锅峡导流底孔因为出现明满流，将3.0m厚的混凝土墩穿透；印度巴克拉坝右岸导流洞出现明满流，冲毁闸门室和隔墙

6、，造成厂房被冲毁，等等。明满流会对隧洞产生空蚀、振动和冲击破坏，形成的脉动压力关系到隧洞的稳定性分析，在水工设计和运行中，一般都是不允许这种流态出现的。如何保证隧洞的安全问题已成为一个重要课题，研究隧洞的水力特性和稳定性[10]具有重要的现实意义。纵观隧洞稳定性分析的发展历程，很多方法都没有从本质上解决问题，论文以雪山水库引水隧洞为例，运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT模拟分析引水隧洞在出现明满流时洞内水流脉动压强和流速沿水流方向变化情况，明确隧洞在明满流时的水力特性。　　1工程概况11　　

7、我省威宁县处于高寒地区，水资源严重匮乏且空间分布不均。随着社会经济发展，各行业对水的需求量有所提高，原有雪山水库蓄水不能满足当地农业灌溉和人畜饮水的需求。为了满足人畜饮水及农业生产要求，采取了引水（拖洛河右岸一级支流部分水资源）入库的方法，设计采用以需定供方式。引水隧洞设计综合考虑地形地质条件和经济投资，初拟隧洞底宽进行调洪演算。在最大引用流量时，水流出现了第一类明满交替流[11-15]。本文运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT[16-18]对一般进水口和喇叭形进水口两种不同进水口型式的引水隧

8、洞进行数值模拟，分析比较在明满流流态下，不同进水口型式引水隧洞内水流脉动压强和流速的沿程变化情况，最后分析得出明满流的运动规律。　　1.1断面尺寸拟定　　引水隧洞建于引水坝左岸，进口底板高程与引水坝正常蓄水位同高2445.00m，设计采用以需定供的方法来设计引水隧洞尺寸，以引水坝正常蓄水位2445.00m为起调水位，初拟底宽3.6m、2.6m、2.4m和2.0m进行调洪演算，调洪演算结果如表1至表4。　　引水坝防洪标准与雪山水库主坝一致，设计水位洪水标准取30年（P=3.33%），