1 工程概况

楼庄子水库工程位于头屯河上游中低山区，头屯河发源于天山山脉中部的喀拉乌成山北坡，东与乌鲁木齐河相邻，西与三屯河接壤。流域最高峰海拔4 562 m，地势南高北低，由西南向东北倾斜，依次为：高山区、中高山区，低山区，山前倾斜平原区以及平原沙漠区。

楼庄子水库工程是1座以灌溉、防洪和城市工业供水为主的综合利用工程。水库总库容为7 374万m3，水库工程由粘土心墙坝、导流兼泄洪冲沙洞、溢洪洞、引水洞等组成。大坝为粘土心墙坝，最大坝高82.6 m。设计工况下，溢洪洞下泄流量289.6 m3/s，结合地形地质条件及工程需求，溢洪洞出口消能型式提出了两种方案：挑流消能和底流消能。

6.4 蘸花保果：在开花前后的两天内应用2.4-D蘸花，浓度为25～35毫克/千克。涂抹时在药液中加入红颜料作为标记，以免重复涂抹产生畸形果。对不易脱离的花冠应在果实膨大期及时摘除，以免着色不良。

2 溢洪洞出口消能型式拟定

本文主旨探究溢洪洞出口消能型式，其他布置型式均相同，为简化计算模型，进口控制段及堰流控制段暂不考虑，仅对泄槽段、消能段进行模拟，挑流消能和底流消能两种方案进行比较。

2016年以来，全球集成电路向我国转移的趋势明显，我国集成电路产业成为全球规模最大、增速最快的市场，逐渐引领着全球消费市场。英特尔(Intel)、三星(Samsung)、格罗方德(GlobalFoundries)、IBM、日月光(ASE)、意法半导体(ST)、飞思卡尔半导体(Freescale)等全球各大集成电路企业均已陆续向我国转移产能，在我国建设工厂或代工厂。受益于消费电子、汽车电子和工业控制市场需求的拉动，我国集成电路市场及同比增速将持续领跑全球。

2.1 方案一：挑流消能

（4）固壁边界条件。溢洪洞边墙和地面为固壁边界，采用无滑移边界条件，为确定固壁附近的水流动态，使用标准壁面函数法模拟。

填充层采用直流反接工艺，焊接过程中由于在熄弧处易出现弧坑裂纹，所以在收弧时应使焊条向后回压收弧，或采用断弧2～3次的方式进行熄弧，以增加熄弧处的厚度，减小裂纹的形成几率。由于熔池的流动性较差、凝结速度较快，中间易出现凸起两侧夹沟的现象，所以在焊接过程中，可采用反月牙运条方式，摆动宽度最大不得超过焊条直径的3倍，当单道宽度超过此值时，应进行分道焊接。

2.2 方案二：底流消能

对紊流模型数值模拟中，应用k-ε模型。其连续方程、动量方程和k、ε方程分别是：

3 模型及边界条件

3.1 模型及工作原理

对于林木种苗的病虫害管护方面，管理人员应当以预防为主。尽量将林木种苗的虫害于开始的3龄之内消灭，减轻虫害对于种苗的影响。另外，在高温高湿的情况下，许多病虫害发生会更加严重，因此管理人员也应在夏季做好预防工作。

根据现阶段消力池内部水流数值模拟计算成果可知，消力池的三维水气两相流数值模拟计算[1-4]，自由表面处理采用VOF（Volume of Fluid）模型[5-6]，采用标准k-ε模型对模型求解，可较为真实的模拟消力池内部水流运动。

  

图1 模型结构图

3.2 数学模型

离散方程组的求解采用欠松驰迭代方法，水气两相流的自由表面处理采用VOF（Volume of Fluid）模型，采用标准k-ε模型对模型求解。

溢洪洞由泄槽段、陡坡段及消能段组成，泄槽段总长115 m，抛物线段和泄槽段纵坡0.5，底宽6 m，扩散段纵坡0.5，底宽由6 m扩宽至18 m，后接消力池，池长55 m，池宽18 m，边墙高15 m，池深6 m，采用分离式结构型式。消力池后由20 m长的扭面与尾水渠相接，尾水渠梯形断面，尾水渠渠长50 m，底宽18 m，纵坡1/50。

 

（1）进口边界。进口边界条件为：ux=V，uy=0，uz=0；其中 ux、uy、uz分别为 x、y和z方向的分速度，取来流方向为x正向，根据不同工况的设计流量，调整进口水深和进口流速；

矿用超声波物位传感器用于测量原煤仓中的煤位，通过测量发射到接收的时间差，来计算煤位距离仓顶的距离，用以有效的了解原煤仓的储量，提高原煤仓的利用率，防止了煤位超标造成的事故也避免了不必要的资源浪费。测量的距离通过LED数码管显示，直观并且方便记录。

 

式中：ρω、ρa分别为水和气的密度；μw、μa分别为水和气的分子黏性系数。

3.3 网格划分

挑流消能方案中，溢洪洞泄槽段、出口消能段为规则的矩形截面。因此，此段采用结构化网格；挑流段为不规则结构，采用非结构化网格进行划分。底流消能方案中，溢洪洞泄槽段、消力池段、尾水渠段为规则的矩形截面，采用结构化网格；扩散段结构段采用非结构化网格进行划分。计算数值解的精度考虑，调流段附近网格数量宜较密。然而随着网格的加密，模型计算耗时将大幅提高。

3.4 边界条件

（2）出口边界。下游河道水流出口与空气出口作为模型的出口，本次研究不控制下游河道水深，出口设置为压力出口边界；

式中：u为流速。其余量为模型参数：Cu=0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92，σk=1.0，σε=1.3。μ为体积分数平均的分子黏性系数；ρ为体积分数平均的密度；引入VOF模型后，ρ和μ是关于体积分数的函数，即：

模型计算区域包括两种介质分别为空气和水。计算过程中水为主相，其密度为1 000 kg/m3；次相为空气。

本文研究对象为溢洪洞下游下泄水流消能方式及效果，分别采用挑流消能方案和底流消能方案，结构特征如图1所示。研究模型中，挑流消能方案由泄槽段、挑流段及消能段组成；底流消能方案由泄槽段、陡坡段及消能段组成。

（3）空气进口边界。由于溢洪道水流为自由出流，计算过程中简化模型，将溢洪洞顶部与大气联通，即将顶面设置边界调节为压力进口，压强设置为0；

溢洪洞由泄槽段、挑流段及消能段组成。根据水力学计算所得，初拟泄槽段总长80 m，泄槽宽8.0 m，纵坡0.5，矩形断面。出口消能段长30 m，采用挑流消能，挑坎半径19 m，挑角30O。

4 计算结果及分析

为探究本工程溢洪道消能型式[7-10]，分别采用底流消能与挑流消能初拟方案进行数值模拟计算，运用标准k-ε计算模型，模拟计算设计流量工况下溢洪洞下泄流量为289 m3/s，得到不同计算模型所得溢洪道消能效果。提取两种方案同等计算条件下流速矢量云图与水气两相流分布云图进行对比分析。

苏教版第六册《荷花》的第二小节，描绘了荷花的色彩美、姿态美，教学时可以先引导学生观察图画，问：在图中你看到了些什么？学生说看到了“荷花”“荷叶”“荷花苞”“小莲蓬”等，其中“荷花苞”又称为“花骨朵”，让学生掌握“荷花”“荷叶”“花骨朵”“小莲蓬”等词语，继而启发学生从不同角度描绘荷花的美。

4.1 流速矢量对比

设计工况下，溢洪洞底流消能方案的流速矢量云图见图2。由图2可看出：底流消能方案中，泄槽末端水流流速最大，此处冲击较大，此处面流流速较大，而底流流速相对较小，说明此处可能发生空蚀破坏；观察可看出消力池中部出现空洞，形成了淹没式水越消能；溢洪洞水流经消力池消力坎影响，水流方向发生较大变化，水流向上冲击变化后超出了消力池拟定高度。可证明此方案泄槽末端与消力池连接部位，需进一步优化，以减少此处空蚀破坏冲击力；消力池池深拟定高度不足，需进一步优化。

  

图2 底流消能模型流速矢量云图

设计工况下，溢洪洞挑流消能方案的流速矢量云图见图3。由图3可看出：挑流消能方案挑坎末端水流流速最大，挑坎末端与下游斜街部位，底流流速较较小，较易发生空蚀；溢洪洞水流经过挑坎后形成挑出水流，可达到预期挑流消能效果，但观察可看出，水流挑距较大，未达到完全消能冲出了消力池。进一步优化过程中，需对挑角末端及挑角角度适当调整。

  

图3 挑流消能模型流速矢量云图

4.2 水气两相流对比

设计工况下，溢洪洞底流消能、挑流消能水气两相流云图见图4。由图4可看出：底流消能方案水流较平顺，挑坎末端水流掺气较多，水的体积分数下降，水流进入消力池后，水流比较紊乱，由于消力池池深不足，水流经过消力坎作用后向上冲出，进一步证明消力池池深不足；挑流消能方案水流运动均匀，水流经泄槽平顺地流出挑射范围；溢洪洞水流挑射处的水流较集中，水流挑射后没有分散，影响消能效果，且由于下游池长原因，挑距较大。说明挑流效能挑角角度偏小，挑射水流较集中，挑距过大。

  

图4 不同方案水气两相流云图

4.3 小结

经过底流消能、挑流效能流速矢量图和水气两相流云图对比，可得出两方案各有优缺点，底流消能方案消能效果较好，初拟消力池池深不足；挑流消能方案挑射水流较集中，消能效果不能达到预期效果，需进一步优化模型再做研究。

5 结语

本文通过数值模拟的研究方法，对溢洪道进行了水气两相流三维数值模拟，采用标准k-ε模型计算模型，结合水气两相流VOF方法，对溢洪道挑流鼻坎附近水流进行跟踪模拟。通过计算分析得出结论：底流消能方案消能效果较好，需对消力池池深、泄槽末端连接部位继续优化，以达到最佳消能效果；挑流消能方案消能效果相对较差，需对挑角及下游池长进一步优化。本文研究成果为楼庄子水库泄水建筑物消能初选方案对比提供了理论依据，后期消能型式比选过程中，可参考本文得出结果进一步分析。

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