胡良才,郭大平,李哲辉,李玉雷,张 宁

(中核第四研究设计工程有限公司,河北 石家庄 050021)

排洪设施是尾矿库的重要组成部分[1-2],在排泄入库暴雨洪水、保障尾矿库防洪安全方面发挥着重要的作用[3-6]。溢洪道泄流能力大、检修方便,在地形地质等条件许可时,采用溢洪道作为排洪设施可大幅提高尾矿库防洪安全性。按运行阶段不同,溢洪道可分为基建期、运行期、建成期,其中运行期及建成期溢洪道通常是在基建期溢洪道基础上通过抬高溢流堰堰顶高程而成,加高后的溢流堰与陡槽多采用台阶段连接。工程实际中,台阶段坡度较缓时,水流流态较好,溢洪道安全性较高,但陡槽利用长度短,不经济;台阶段坡度较陡时,可增加陡槽利用长度,节约工程投资,但可能造成溢洪道水流流态恶化,严重时会危及尾矿库安全。

合理的溢洪道体型是尾矿库防洪安全的重要保障,但目前对分期建设溢洪道不同阶段水力特性的研究较少。笔者以某铀尾矿库分期建设溢洪道为研究对象,采用计算流体力学软件Flow-3D对溢洪道不同运行阶段的水力特性进行三维数值模拟研究,对溢洪道初始设计方案进行分析,并对溢洪道体型、水流流态、流速、消能率等进行优化和计算。

1 数值模型

1.1 控制方程

流体运动控制方程[7]包括连续性方程、动量方程、紊动能方程和耗散率方程。

连续性方程为

动量方程为

紊动能方程为

紊动耗散率方程为

式中:ρ—密度,kg/m3;t—时间,s;ui、uj—速度分量,i、j分别……