二相流数值模拟在泄洪洞空蚀研究中的应用

向贤镜，袁 强

（1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081；2.中国长江三峡集团有限公司重庆分公司，重庆 401123）

1 引言

立洲水电站系木里河干流（上通坝—阿布地河段）水电规划“一库六级”的第六个梯级，上游接固增水电站，下游为锦屏一级水电站库区，坝址区位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内博科乡下游立洲岩子至八科索桥2.4 km的河段。电站属二等大（2）型水电工程，枢纽工程由碾压混凝土双曲拱坝、坝身泄洪系统、右岸地下长引水隧洞及右岸地面发电厂房组成。水库正常蓄水位2 088 m，正常蓄水位以下库容1.787亿m3，最大坝高132.0 m，电站装机容量355 MW，多年平均发电量为15.46 亿kW·h，开发任务以发电为主。

该水电站的泄洪洞出现空蚀破坏。运用三维数值模拟，对泄洪洞跌空蚀情况进行研究。泄洪水流的数值模拟涉及水气二相流问题。由于水气二相流问题本身就很复杂，同时水舌的边界事先都是未知的，边界确定比较困难，所以它一直是计算流体力学的难点［1-5］。在前人研究的基础上，采用双方程紊流模型，引入水气二相流的 VOF 模型，运用 PISO［6］算法，对泄洪水流进行了三维非恒定流数值模拟。

2 三维数值模拟

2.1 模型建立

按1∶1 实际尺寸建立三维模型。坐标系中Y 方向为铅直方向，Y 坐标值即为高程值，X 轴正方向为水流方向，Z 轴方向为垂直水流方向。YZ 平面对应泄洪洞起始面。模拟范围为一整个泄洪洞区域，并从泄洪洞起始面向上游延伸5 m。

采用VOF 方法追踪自由水流表面，紊流模型选择RNG 模型，速度压力耦合采用PISO 算法。……