连锁溃坝水流特性模拟研究

发布时间：2017-10-14 11:01

  本文关键词：连锁溃坝水流特性模拟研究

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【摘要】：当前,我国已建大坝的数量居世界首位,这些水库大坝在防洪、供水、发电、灌溉等方面发挥了巨大的社会经济效益,同时为了使水资源能够充分、合理利用,我国西南地区对众多流域都进行了梯级水库建设。然而,在建国初期建设的很多大坝质量和建设水平都不高,而且随着时间的推移以及日常维护的缺失,加之一些不可预料的外界因素的影响,比如突如其来的地震、暴雨引起的洪水、战争等,都可能引起这些水库发生溃坝事故。虽然众多的学者针对溃坝问题进行了大量的探讨研究,并取得了丰硕的成果,但是,大多数研究都是针对单级大坝溃决后的溃坝水流问题,而对于梯级水库群的连锁溃坝水流特性研究还很少见。本文在前人的一些试验的研究基础上,综合利用水力学和水动力学等知识建立了溃坝水流数学模型,对梯级水库中单级坝体溃决和两级坝体连锁溃决时的溃坝水流进行数值研究,分析研究了不同上下游水库坝前水深比、河道坡度以及连锁溃坝坝体间距对溃坝水流的影响。本文主要研究内容如下：(1)详细分析了流体运动的基本理论,并在此基础上建立了用于模拟溃坝水流的COBRAS模型,利用溃坝试验数据进行验证后可知,该模型能够用于溃坝水流模拟；(2)利用文中建立的COBRAS模型模拟不同上下游水深比、河道坡度条件下梯级水库中的单级溃坝水流,模拟结果表明：在不同条件下,单级溃坝水流的演进过程、溃坝水流对下游水库内水体的扰动过程在时间和空间尺度上均存在显著差异；(3)利用文中建立的COBRAS模型模拟不同上下游深比、河道坡度以及坝间距条件下梯级水库中的两级连锁溃坝水流,模拟结果表明：在不同上下游水深比、河道坡度条件下,连锁溃坝水流的演进过程和下游库区内水流特性存在较大差异,但是在不同坝间距条件下,连锁溃坝水流在下游库区内的扰动过程基本一致；(4)利用文中建立的COBRAS模型模拟相同的工况下梯级水库中的单级溃坝水流和两级连锁溃坝水流,模拟结果表明：由于连锁溃坝产生的水流叠加效应明显,连锁溃坝水流对下游库区内水体的扰动更加剧烈。
【关键词】：连锁溃坝 数值模型 VOF 水位 演进过程
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV122.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 问题的提出及研究意义14-17
• 1.2 国内外研究现状17-22
• 1.2.1 国外研究现状17-20
• 1.2.2 国内研究现状20-22
• 1.3 本文的研究方法和内容22-24
• 2 溃坝水流数值模拟基本理论24-44
• 2.1 概述24
• 2.2 控制方程24-26
• 2.2.1 质量守恒方程24-25
• 2.2.2 动量守恒方程25-26
• 2.3 雷诺平均方法26-27
• 2.4 湍流模型27-33
• 2.4.1 零方程模型28
• 2.4.2 一方程模型28-29
• 2.4.3 二方程模型29-33
• 2.5 有限体积法33-37
• 2.5.1 概述33-34
• 2.5.2 有限体积法基本思想34
• 2.5.3 二维问题中有限体积法的应用34-37
• 2.6 流场数值计算方法37-41
• 2.7 运动界面的流体体积追踪法41-43
• 2.7.1 概述41
• 2.7.2 VOF方法41-43
• 2.8 本章小结43-44
• 3 溃坝水流数学模型建立与验证44-52
• 3.1 概述44
• 3.2 建立模型44-46
• 3.2.1 控制方程44-46
• 3.2.2 控制方程离散46
• 3.2.3 求解方法46
• 3.3 验证模型46-49
• 3.3.1 瞬间局部溃坝水流算例46-47
• 3.3.2 瞬间全溃水流算例47-49
• 3.3.3 非平底溃坝水流算例49
• 3.4 本章小结49-52
• 4 梯级水库中单级溃坝水流模拟研究52-78
• 4.1 概述52
• 4.2 物理模型52-53
• 4.3 模型网格剖分53
• 4.4 边界条件处理53
• 4.5 模拟与分析53-77
• 4.5.1 上下游水深比对溃坝水流的影响54-71
• 4.5.2 河道坡度对溃坝水流的影响71-77
• 4.6 本章小结77-78
• 5 梯级水库中两级水库连锁溃坝水流模拟研究78-94
• 5.1 概述78
• 5.2 物理模型78-79
• 5.3 模型网格剖分79
• 5.4 边界条件处理79
• 5.5 模拟与分析79-92
• 5.5.1 上下游水深比对溃坝水流的影响81-86
• 5.5.2 河道坡度对溃坝水流的影响86-89
• 5.5.3 坝间距对溃坝水流的影响89-92
• 5.5.4 结果分析92
• 5.6 本章小结92-94
• 6 单级溃坝与两级连锁溃坝模拟结果比较94-98
• 6.1 上下游水深比相同条件下比较94-96
• 6.2 河道底坡相同条件下比较96
• 6.3 本章小结96-98
• 7 结论与展望98-102
• 7.1 结论98-99
• 7.2 展望99-102
• 参考文献102-108
• 致谢108

【参考文献】

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本文编号：1030650