闸底长廊道输水系统双明沟细部优化的数值模拟研究

发布时间：2017-07-04 17:03

  本文关键词：闸底长廊道输水系统双明沟细部优化的数值模拟研究

  更多相关文章： 船闸 输水系统 双明沟 细部结构 数值模拟

【摘要】：我国是世界上修建人工运河通航建筑物最早的国家。到目前为止,已建成应用的船闸过船建筑物有800多座。输水系统作为船闸的重要组成部分,其布置及相关水力学条件与船闸的通过能力、营运效益以及船舶的停泊安全密切相关。一方面输水系统设计需要满足输水时间的要求,以确保船闸的通过能力和营运效率;另一方面在船闸输水过程中,随着闸室内水面的上升或下降,停泊在闸室内的船舶受到非恒定水流形成的水面坡降力、水流运动的流速力等多种作用力,当这些作用力过大时将引发不利于船舶停泊安全的问题。因此,在船闸充水过程中,需要在输水系统中设置消能明沟、消能盖板或消力坎等消能设施,以改善闸室内船舶的停泊条件,满足船舶安全过闸的要求。目前,关于明沟布置和消能特性的研究国内外均涉及较多,尤其是单明沟消能型式。双明沟消能国内对其也做了一定研究,但多限于某些特定船闸,在设计要求及结构细部等方面的研究并不充分。本文从消力梁挡坎高度及孔口尺度两个方面入手,开展了对双明沟细部优化的数值模拟研究。为使实验成果具有代表性,本文针对消力梁孔口尺度及挡坎高度进行了无量纲化,得到典型尺度参数A_1/a、A_2/a、B/b(分别表示挡坎高度与廊道支孔高度的比值、孔口高度与廊道支孔高度的比值和孔口宽度与廊道支孔宽度的比值)。研究基于有限元软件Fluent,通过分析比较闸室各断面流速分布、剩余比能及动能等能反映双明沟消能效果的特征参数,得出了双明沟细部(消力梁挡坎及孔口)的较优布置尺度。主要结论如下:(1)通过已有物理实验成果对三维数值仿真模型计算结果进行验证,表明以数值模拟的方式开展对双明沟细部优化的研究是可行的。(2)消力梁孔口尺度按原设计方案(孔高A_2/a=1.389,孔宽B/b=4.706)布置的情况下,双明沟挡坎高A_1/a=0.667~0.944时,消能效果较优。(3)消力梁挡坎高度及孔口宽度按原设计方案(挡坎高A_1/a=1.111,孔宽B/b=4.706)布置的情况下,双明沟孔高A_2/a1.000消能效果较好。(4)消力梁挡坎高度及孔口高度按原设计方案(挡坎高A_1/a=1.111,孔高A_2/a=1.389)布置的情况下,双明沟孔宽B/b2.353消能效果明显。
【关键词】：船闸 输水系统 双明沟 细部结构 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U641.32
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 问题的提出8
• 1.2 国内外研究现状和发展动态8-11
• 1.3 本文研究主要内容及研究方法11-14
• 1.3.1 主要研究内容11
• 1.3.2 主要研究方法11-12
• 1.3.3 主要技术路线图12-14
• 第二章 数值模拟基本理论与方法14-25
• 2.1 流体运动的基础理论14-17
• 2.1.1 粘性流体中的应力14-16
• 2.1.2 N-S方程16-17
• 2.2 湍流的基本控制方程17-21
• 2.2.1 紊流模型18-21
• 2.2.2 计算方法21
• 2.3 计算软件简介21-23
• 2.3.1 FLUNENT简介21-22
• 2.3.2 网格划分22-23
• 2.3.3 边界条件23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 模型建立与验证25-34
• 3.1 几何模型25-29
• 3.2 数学模型29-30
• 3.3 模型验证30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 双明沟细部优化的数值模拟研究34-92
• 4.1 实验方案及计算工况34-35
• 4.2 消力梁挡坎高度优化的数值模拟研究35-56
• 4.2.1 双明沟消能效果的衡量标准35
• 4.2.2 实验成果与分析35-56
• 4.3 消力梁孔口宽度优化的数值模拟研究56-76
• 4.3.1 实验成果与分析56-76
• 4.4 消力梁孔口高度优化的数值模拟研究76-91
• 4.4.1 实验成果与分析76-91
• 4.5 本章小结91-92
• 第五章 结论与展望92-94
• 5.1 结论92
• 5.2 展望92-94
• 致谢94-95
• 参考文献95-98
• 攻读学位期间取得的研究成果98
• 一、攻读硕士学位期间发表的论著及取得的科研成果98
• 二、攻读硕士学位期间参加的研究项目98

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本文编号：518557