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水利工程论文-湾塘水电站泄流雾化的数值计算.doc

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水利工程论文-湾塘水电站泄流雾化的数值计算.doc

水利工程论文-湾塘水电站泄流雾化的数值计算摘要:根据底流消能泄流雾化的机理,应用量纲分析方法,得到水雾雾源量的计算关系式;在雾源为连续线源和任意风向的条件下,利用高斯扩散方程,研究了水雾在峡谷内扩散规律;结合雾雨自动转换过程、碰并过程、雾滴的凝结和蒸发过程,得到雾源下游流场水雾浓度、温度、相对湿度和降水强度的分布;对湾塘水电站底流消能雾化进行了数值计算,计算结果与原型观测数据基本一致。关键词:底流消能雾化数值计算水电站采用不同的泄流消能方式,对水雾的产生机理、形态及雾量多寡,存在较大的差异。对于挑流消能工程,泄流雾化会造成以下危害:厂房进水、断电、交通中断和边坡失稳。自20世纪70年代以来,国内一些专家学者对挑流雾化问题进行了广泛的研究,取得了丰硕的成果;但对于底流消能工程,其泄流雾化问题很少研究。本文就湾塘水电站底流消能雾化的数计算作一探讨。1底流消能雾化的数学模型[1]洪水在下泄和消能过程中,由于水流与空气边界的相互作用,使得水流自由面失稳和水流紊动加剧[2],进而部分水体以微小水滴的形式进入空气中,产生某种形式的雾源。雾源在自然风和水舌风的综合作用下,向下游扩散,使水雾分布在下游的一定空间中。之后,水雾经自动转换过程和碰并过程转变为雨滴,以及水雾和水汽之间发生雾滴的蒸发或凝结过程。如图1所示,因雨滴数较雾滴少得多,故在本数学模型中不考虑雨滴的蒸发过程和水汽凝结为雨滴的过程,在图1中用带虚线箭头来表示。1.1水雾雾源量的计算根据雾源产生的机理不同,底流消能雾化的雾源可分为二个;第一是溢流坝面自掺气而产生雾源;第二是水跃区强迫掺气而产生雾源。理论分析[3]和原型观测[4]都表明,后者为主要雾源,故在本数学模型中仅考虑第二雾源,而不计第一雾源对下游的影响。如图2所示,高速水流流经水跃区发生强迫掺气,其中跃首处旋涡最强,可以认为掺气点发生在此处,从而形成水气两相流。被旋涡挟持进水中的空气形成气泡,气泡在水中随着旋涡运动,有的气泡脱离自由面的束缚以水滴、水雾的形式跃出水面,从而形成雾源[5]。根据底流消能[6]的雾化机理,得到下式:式中:ql为单位长度线源的水雾雾源量,kg/(sm;u′2为跃首处的脉动速度均方根;uw为自然风和水舌风的合成风速。选取ρ、Lj、vc为基本物理量,令qe=ρLjvc,利用量纲分析方法式(2)可得:根据湾塘水电站雾化原型观测的数据[4},应用

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