【摘 要】
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消能设计是水工建筑物设计重要工作之一,良好的消能设施通过消减消力池内水流动能,一方面防止水库下游尾水渠受到冲刷,另一方面还能提高水工建筑物的稳定和安全。在小型水利工程水库除险加固工程中,常因地形原因使得消力池长度和深度在实际实施中难以达到设计值,运行时造成消力池和尾水渠被冲毁等问题,使得大坝安全泄洪受到威胁。可见,研究小型工程溢洪道对于改善溢洪道安全稳定运行具有较大的意义。本文借助数值模拟方法研究
【基金项目】
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国家重点研发计划-中国和墨西哥绿色小水电规划、 建设与运行管理技术联合研究（2018YFE0128500）；
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消能设计是水工建筑物设计重要工作之一,良好的消能设施通过消减消力池内水流动能,一方面防止水库下游尾水渠受到冲刷,另一方面还能提高水工建筑物的稳定和安全。在小型水利工程水库除险加固工程中,常因地形原因使得消力池长度和深度在实际实施中难以达到设计值,运行时造成消力池和尾水渠被冲毁等问题,使得大坝安全泄洪受到威胁。可见,研究小型工程溢洪道对于改善溢洪道安全稳定运行具有较大的意义。本文借助数值模拟方法研究收缩墩与跌坎消力池联合在小型溢洪道工程中的水力特性。以某病险水库溢洪道为原型,设计了12组不同尺寸的收缩墩与相同尺寸的跌坎消力池组合模型,通过ICEM软件对12组模型进行结构化网格划分,采用FLUENT软件中的标准k-ε紊流模型、引入可追踪自由水面的VOF方法进行相同流量下的三维数值模拟计算,通过分析计算结果,研究其水流流态、水面线、速度场、压强场、消能等水力特性规律。本文研究结论如下:（1）增设宽尾墩后使得消力池内流态和水面线由二元流变为三元流。水流经过收缩墩横向向内挤射,纵向向上前方挑射;（2）收缩墩面和消力池底板压强分布呈锯齿状,各组次压力分布规律基本相同,束窄长和束窄宽的值越大消力池底板和尾坎中部位置的压力值越大;（3）束窄长尺寸变化对纵向速度分布影响较大,束窄宽尺寸变化对横向速度分布影响较大;（4）跌坎消力池增设收缩墩后,相对于跌坎消力池不增设收缩墩的情况下消能率均有提高。本文研究成果可为一般小型溢洪道工程消能问题提供参考,具有较强的研究意义及价值。
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