波纹钢管涵洞式鱼道紊流特性分析

发布时间：2020-06-26 12:25

【摘要】：几个世纪以来,人类通过在河流上修建大坝等水工建筑物来控制洪水,提供灌溉和利用潜在的能源,然而这些水工建筑物的修建截断了河流的连通性,进而影响了河流的生态环境。随着社会经济的快速发展,人们对生态的保护意识逐渐加强,河流连通性的恢复已成为必然趋势,对于减小闸坝工程的隔断影响以及提高鱼类上溯洄游能力,鱼道发挥着重要作用,同时鱼道也是维持河流连通性的关键技术之一。本文针对波纹钢管涵洞式鱼道,基于Fluent数值模拟的方法,对不同坡度、不同埋深条件下波纹钢管涵洞式鱼道的流速、紊动能、漩涡及湍流耗散率等紊流特性进行了对比分析,主要研究内容和结论如下:(1)对涵洞内流速场进行模拟,建立了涵洞纵向各断面内流速云图。由图可得,涵洞过水断面中心区域流速较大,涵洞边壁附近处流速较小;各断面中线附近的流速随着距涵洞底部高程的增加而增大,在靠近水面处流速减小在流量为0.07m~3/s,坡度为0.4%,涵洞无埋深情况下,最大流速值出现在距离涵洞底部0.198m处,最大流速非常接近,约为1.06m/s左右(除涵洞进水口外);随着底坡的增大,涵洞内流速增大,流速较高区域的面积明显增大;嵌入式涵洞可以有效地减小其内部流速,更有利于提高过鱼效果。(2)通过对涵洞内紊动能进行数值模拟分析可知,在涵洞的边壁周围会产生较大的紊动能,在靠近水面处几乎没有紊动能,随着水深的增加,紊动能亦逐渐增大,达到最大值后,开始较小逐渐趋于稳定;在流量为0.07m~3/s,坡度为0.4%,0D情况下,涵洞中线附近处的紊动能的最大值约为0.026m~2/s~2左右;比较了不同坡度下,涵洞内紊动能分布情况,坡度越大,低紊动能区域的面积越小;涵洞的埋置深度可以在一定程度上减缓水流的波动程度,使水流更加平稳;湍流耗散率与紊动能在各断面的分布存在相似的规律,即紊动能较大的区域,其湍流耗散率也大,反之亦然。(3)通过模拟涵洞内漩涡分布得出,由于边壁的作用,在涵洞边壁附近处会产生一定的漩涡,且漩涡的尺寸及位置随水流的流动而改变;坡度越大,涵洞内流速发生的变化越大,水流受漩涡影响的区域面积越大,越不利于鱼类上溯洄游;埋置深度可以改善涵洞内的漩涡状态,使水流受漩涡影响的区域逐渐减小。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S956.3;TV135
【图文】：

图 1-1 鱼道型式Fig.1-1 Several types of fishways然都具有一定优点，但是普遍存在着紊流剧烈动能、紊流强度等紊流特性是鱼类能否顺利通此，研究鱼道内紊流要素的变化规律，合理设

图 2-1 紊流数值模拟方法分类Fig.2-1 The classification of numerical simulation methods for turbulence flow.2.1 基于 Lattice Boltzmann 方程Lattice Boltzman（nLBM）方法是 1988 年由美国国家重点实验室 Mcnamara 和 Zane

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘桐渤;闫滨;王铁良;;环形波纹钢管涵洞式鱼道水力特性数值模拟[J];长江科学院院报;2015年11期

2 龚丽;白音包力皋;穆祥鹏;肖俊;;老龙口水利枢纽鱼道水力特性研究[J];水电能源科学;2015年05期

3 高东红;刘亚坤;高梦露;孙洪亮;;三维鱼道水力特性及鱼体行进能力数值模拟研究[J];水利与建筑工程学报;2015年02期

4 王新雷;张根广;高猛;姬雪竹;;新型螺旋式鱼道水力特性的数值模拟[J];人民黄河;2014年12期

5 王t2;杨文俊;陈辉;;竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究[J];人民长江;2013年11期

6 郭维东;赖倩;王丽;彭炜森;李浩;徐星星;李杨;;同侧竖缝式鱼道水力特性数值模拟[J];水电能源科学;2013年05期

7 汪红波;王从锋;刘德富;李卫明;童迪;;横隔板式鱼道水力特性数值模拟研究[J];水电能源科学;2012年05期

8 王然;;鱼道规划设计研究进展[J];水利建设与管理;2012年05期

9 郭维东;孙磊;高宇;梁岳;徐伟;胡志华;;同侧竖缝式鱼道水力特性研究[J];水电能源科学;2012年03期

10 陈凯麒;常仲农;曹晓红;葛怀凤;;我国鱼道的建设现状与展望[J];水利学报;2012年02期

本文编号：2730307