多孔水闸水流三维流态的数值模拟研究

发布时间：2020-10-10 18:02

　　 水闸为水利工程中一种重要的水工建筑物,运用闸门的开启度对流量和水位进行调节。我国大部分水闸为多孔水闸,在水闸来流水量与设计流量不同时,可以通过设置水闸不同开度和闸孔开启数目以适应不同流量的要求,但在不同开度和孔数下运行时,其流态与设计流量流态必定发生变化,导致流动不稳定和不良流态的形成,严重时引起水闸建筑物的冲刷破坏和泥沙淤积,给水闸运行带来不利影响。山东黄河打渔张引黄闸属于多孔开敞式水闸,随着工程运行年限的不断增长,该闸出现安全隐患,根据原闸安全鉴定复核情况进行了除险加固。本文以打渔张引黄闸除险加固工程为背景,结合水闸和计算流体动力学理论,采用数值计算分析手段,对多孔水闸三维湍流流动特性展开如下研究:(1)分析总结了具有自由水面的水闸三维湍流数值模拟的控制方程和湍流模型,为数值模拟计算提供理论依据。(2)通过Pointwise建模软件建立水闸闸室和上下游连接段的三维湍流流动数学模型,并对所建立的物理模型进行网格剖分和网格质量检查以及边界条件的设置。(3)运用Fluent软件对水闸的水流流动特性进行了数值模拟,对水闸的自由液面采用VOF水-气两相流模型进行捕捉,采用涡粘模型中的标准两方程模型、PISO算法进行非定常计算,比较分析了不同相对开度和不同来流流量时的流态、漩涡分布,对制定合理的闸门调度方式具有重要意义。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV135
【部分图文】：

水闸平面图

高程为 8.89m，上游水位选取设计水位 11.05m，过闸水位差为 0.2m，所以下游水位为10.85m，水位上方有 1m 左右的空气，空气入口高程为 11.89m。3.2.2 模型建立数值模拟首先要建立水闸上游连接段、闸室段和下游连接段的物理模型，水闸建模的过程非常复杂和繁琐，网格生成质量对数值模拟结果的精确性和合理性有着重要的影响。根据打渔张引黄闸工程上游连接段、闸室和下游连接段几何尺寸参数，在Pointwise 软件中建立水闸模型和网格划分。3.2.3 网格的划分对水闸计算区域在 Pointwise 中划分网格并定义边界的类型，输出.cas 的格式导入Ansys Fluent 中进行数值计算。如果所建模型是根据实际工程按照 1:1 建立，模型体积较大，划分网格数较多，计算机硬件要求较高，计算花费时间较长，所以论文根据重力相似准则对模型进行缩放，缩放比尺为 4L 。数值模拟计算的计算区域三维网格图如图 3-2 所示。

华北水利水电大学硕士学位论文He 0 .60 0.176(4式中s —由图 4-1[55]查得；b —闸孔总宽度；e—闸门开度；He—闸孔的相对开度；H —从堰顶算起的闸前水深；
【参考文献】

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本文编号：2835404