分流挡渣堤模型试验与流固耦合数值模拟研究

发布时间：2020-03-19 04:09

【摘要】：近年来,在地形陡峭的峡谷地带进行水电工程施工时,常将两岸坝肩开挖石渣料直接推入河道中,来解决出渣道路布置困难的问题,而汛期被水流冲向下游的石渣会造成水土流失和环境污染。此时通过修建分流挡渣堤来拦挡河道里的石渣,既可以满足下游的环保要求,同时,作为上、下游围堰体的组成部分,分流挡渣堤还能为汛后防渗墙的施工做准备,减轻后期围堰的填筑强度。汛期来临时,承担一部分过水任务的分流挡渣堤在水流作用下,稳定性和安全性会受到严峻的考验。当前在对分流挡渣堤的研究中,主要有两种方法,一种是模型试验,一种是数值模拟。其中,模型试验已经能得到比较可靠的结果,但仍然存在缩尺效应等局限,需要数值模拟方法的支撑,而国内在利用数值模拟研究分流挡渣堤方面还较少。本文基于模型试验结果,采用流固耦合的数值模拟方法,研究某工程分流挡渣堤在不同过水流量下的稳定性和冲刷变形,并与模型试验进行对比分析。主要的研究内容及结论包括:(1)根据流固耦合基本理论和应用,对当前的流固耦合软件进行了对比,选取ANSYS Workbench作为分流挡渣堤流固耦合数值模拟的平台。(2)在分流挡渣堤的过水模型试验中,得到了不同流量下分流挡渣堤各个部位的冲刷变形结果,并对各级流量下的水位流速分布以及挡渣堤冲刷变形的规律做了比较和分析。(3)建立了简化的分流挡渣堤三维模型和过堤流场三维模型,利用ANSYS Workbench中的Fluent分析流场、Mechanical分析挡渣堤,通过系统耦合器创建两者间的数据交换,计算得到了耦合作用下流场的水位流速分布以及挡渣堤各个部位的变形,并用模型试验结果进行了验证。(4)通过数值模拟得到,分流挡渣堤在不同流量下均没有发生断面破坏和大规模的整体塑性变形,表明分流挡渣堤在整体上是稳定的,与模型试验结果相吻合。(5)分析了分流挡渣堤在不同流量下的塑性变形结果,得到挡渣堤在堤顶及缓坡段发生了较大的塑性变形,且存在一个最不利流量,此时塑性变形最大。数值计算中的塑性变形结果与模型试验中挡渣堤的冲刷位置及其最不利流量有较好的对应,可为类似工程中分流挡渣堤的护面结构施工提供参考。
【图文】：

图 2-2ANSYS Workbench 工具箱Fig.2-2 ANSYS Workbench Toolboxorkbench 流固耦合的实现固耦合与双向流固耦合orkbench 中，流固耦合的实现[47]既包括单向流固ch 单向流固耦合三项 Custom Systems 自定义系统栏中，WorkbenFX、FLUENT）和其他一些常见的系统分析（预应应谱分析、热应力分析）。种分析类型在各个模块之间都已经连线完毕，，只

YS Workbench 流固耦合的实现向流固耦合与双向流固耦合SYS Workbench 中，流固耦合的实现[47]既包括单向流固耦合，合。rkbench 单向流固耦合箱的第三项 Custom Systems 自定义系统栏中，Workbench 自带析（CFX、FLUENT）和其他一些常见的系统分析（预应力模态析、响应谱分析、热应力分析）。中的几种分析类型在各个模块之间都已经连线完毕，只需通相关的分析系统，而不用在第一栏和第二栏中调出各个子模块其中的 CFX 单向流固耦合分析和 FLUENT 单向流固耦合分析
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV871

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本文编号：2589687