【摘 要】
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梨园水电站工程最大坝高155m,溢洪道最大单宽流量为210.9m2/s,属于典型的高水头、大单宽流量泄洪工程,为防止挑流雾雨影响地面厂房运行和下游观音岩堆积体稳定,出口采用一种新型底流消能工——跌坎突扩型消力池。跌坎和突扩的存在可有效降低消力池临底流速并提高消能率,但也导致消力池内水力特性变得更为复杂,尤其是消力池底板脉动压强的分布特性将严重影响消力池底板的安全稳定。本文依托梨园水电站溢洪道跌坎突
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梨园水电站工程最大坝高155m,溢洪道最大单宽流量为210.9m2/s,属于典型的高水头、大单宽流量泄洪工程,为防止挑流雾雨影响地面厂房运行和下游观音岩堆积体稳定,出口采用一种新型底流消能工——跌坎突扩型消力池。跌坎和突扩的存在可有效降低消力池临底流速并提高消能率,但也导致消力池内水力特性变得更为复杂,尤其是消力池底板脉动压强的分布特性将严重影响消力池底板的安全稳定。本文依托梨园水电站溢洪道跌坎突扩型消力池的模型试验与数值模拟计算结果,对跌坎突扩型消力池内的水力特性进行系统研究,选择出合适的消力池进口型式。主要研究成果如下:（1）通过梨园水电站跌坎突扩型消力池水力学试验发现:原方案消力池内水流流态为淹没射流和水跃的混合流态;在消力池中部入射主流部分潜底,临底流速最大值在20 m/s左右,不易对消力池底板造成磨蚀破坏;但在各工况下消力池底板前中部与泄槽延长线附近区域脉动压强均方根值普遍较大,应加强该区域的防护。（2）针对原方案消力池底板脉动压强均方根值普遍超过安全阈值的问题,从改变突扩型式、调整入射角等角度出发优化消力池体型,提出了一种水力学参数较优的跌坎突扩型消力池体型,模型试验结果表明:将突扩修改为渐扩不能大幅度改善或彻底解决消力池底板脉动压强偏大问题;将原-10°的挑坎调整为-8°入射角可有效降低消力池底板脉动压强,设计工况下底板脉动压强均方根值小于5m水头,满足设计洪水位及其以下运行工况要求,且脉动压强均为低频振动,不易对消力池底板产生破坏,可作为优化方案。（3）为进一步深入分析消力池内水流结构,基于FLOW-3D软件,采用大涡模型和tru VOF法,得到了消力池底板脉动压强的时域和频域特性,并将其与试验结果进行对比分析,结果表明:大涡模型能够较好地模拟跌坎突扩型消力池底板的水流脉动压力;随后从定量和定性两个角度探究出跌扩型消力池底板时均压强、脉动压强均方根横向分布和纵向分布规律,结合水流漩涡特性得出了脉动压力分布与流速、涡量之间的内在联系。（4）基于数值模拟,综合分析了消力池在不同入射角（即原方案与优化方案）、不同突扩比、跌坎与传统底流消能等不同体型参数下水力特性分布,最终确定了消力池推荐体型。相关研究结果可为本工程提供实际指导,并为类似工程设计提供重要参考。
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