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随着高坝建设的发展,尤其是在开发我国西部水能资源所面临的高水头、窄河谷、大泄量条件下,常规的底流消能和挑流消能很难达到有效、安全和经济的要求。为此,国内开展了新型消能工的研究,并取得了巨大成就。 洞塞式消能工作为一种高效内消能工,在泄洪洞消能中具有很多优点。1、体型简单,便于施工,投资少,不需要特殊的进水口;2、消能率高,在高水头下运行安全可靠;3、洞中为有压流,洞内消能不会产生雾化等影响环境的问题。 本文结合试验结果,把洞塞分成轴对称和非轴对称两种情况,应用数值模拟的方法对其进行了研究。论文主要由三部分组成。 论文的第一部分归纳了挑流、底流和面流这三种常规消能工的优缺点,并结合我国坝工建设的实际,综述了我国消能研究的进展和水平以及论文的选题背景。同时对数值模拟的方法和理论做了简要的概述。 论文的第二部分是应用FAST-2D程序对轴对称布置的洞塞消能进行了数值模拟。对单级洞塞消能计算结果的分析表明:计算结果与实验结果符合较好,误差在5%以内,从而验证了采用κ-ε模型模拟洞塞消能的可行性。在此基础上,通过对不同面积比下二级洞塞消能的计算,对多级洞塞的布置进行了优化,并给出了洞塞内最小压强点的压强水头计算公式。 最后,对三维非轴对称布置的洞塞消能进行了模拟计算。这部分内容采用大型商业化程序FLUENT来模拟洞塞的消能。网格生成应用了程序GAMBIT。通过计算结果的分析,得到如下结论:1、单级洞塞的消能率与洞塞的布置形式基本无关,而主要决定于洞塞面积和泄洪洞面积之比;2、在非轴对称布置多级洞塞情况下,消能水头会大幅度增加。