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《第十届全国流体力学学术会议论文摘要集》2018年
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圆锥型堰式鱼道水力特性试验与数值模拟研究

万甜  阮天鹏  程文  王敏  任杰辉  
【摘要】:河道上水利工程的建设破坏其自然属性和连通性,造成河流生态环境片段化,切断了具有觅食、繁殖或越冬洄游习性的鱼类的洄游路线,阻断上下游的生物双向交换。研究鱼道与洄游性鱼类的协调性,对恢复河流连通性,保护鱼类资源多样性具有重要的意义。本文在分析和总结国内外鱼道建设及研究状况的基础上,发现圆锥形溢流堰式鱼道是一种新型的池堰式鱼道,在低水头水利枢纽应用方面具有很好的应用价值。本文因其适应于低水头,过鱼效果好,经济成本低,系统研究了该类型鱼道进口流量、圆锥型堰布置形式、池室结构变化和坡度等水力学参数对水池内水流流态的影响。在西安理工大学水力学大厅搭建了长16m,宽1m,高0.7m的鱼道物理模型,使用adv三维流速仪测量鱼道模型中水流流速,测得数据使用SPSS软件进行分析,并使用Origin、GIS等数据处理软件对测得数据进行处理,并与Fluent模拟结果做对比,分析不同工况下鱼道池室的流态、流速分布、紊动能等水力学指标。主要研究结论有:1、数值模拟和试验结果非常接近,数值模拟具有较高的计算精度;鱼道满足水深、水流速度数值要求,休息区面积比例合适以及能够创造"S"型迂回吸引流;2、水流的垂向流动仅在堰的出口与进口断较为明显,但相对于该样点的水平流速而言,垂向流速值不足其15%。常规水池平面流场与垂向流场特性研究表明其内部水流组主要以平面二维流动为主,相对于水平流速而言,垂向流速值甚微,可忽略不计;3、鱼道内具有上升流、下降流、流动分离、涡流等复杂的紊流特性。在鱼道不同长宽比,不同高程断面,不同流量条件下做了进一步的分析讨论,结果表明:在长宽比为1.5时对于不同流量,在不同高程下都具有较高的适应性;4、圆锥型堰的大小半径比越大,在不同水位下,其主流曲线的位置变化越大,即鱼道的流场信息越丰富,对于水位变化的适应能力越强,结合鱼类的游泳能力大小半径比为2时较为合适;5、通过对圆锥形鱼道鱼类上溯路径的能量消耗进行计算,可以得出该体型鱼道适宜青海湖湟鱼的上溯洄游。以鲤鱼为对象,研究其在鱼道模型中(相对水深d/D=0.67)爆发游速状态下上溯所遇到的流速、阻力、上溯耗能等水力参数,结果表明其可以顺利实现上溯洄游。圆锥形堰式鱼道流态稳定,主流区明确,有较大的洄游休息区,适合鱼类上溯,其过鱼效率高、对水位变化的适应能力强和构造简单易于施工,可为今后鱼道的建设提供借鉴。

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