基于竖缝式与仿生态式相结合的鱼道水力特性研究

发布时间：2020-11-11 23:40

　　 随着人们对环境保护意识的日益增强,为协调好大坝建设与生态环境之间的关系、保持河流原有的生态连通性、减少工程对洄游鱼类的影响,鱼道的研究和建设势在必行。在实际工程中,鱼道的布置型式受地形地貌及水位、环境等影响,而竖缝式与仿生态式相结合的布置型式具有更好的适应性,因此对该种布置型式的鱼道进行研究很有必要。本文以井冈山航电枢纽工程鱼道为研究背景,通过建立几何比尺为1:10的正态整体模型进行物理模型试验及采用RNG k-ε模型建立三维数学模型进行数值模拟计算的方法对该竖缝式与仿生态式相结合的鱼道水力特性进行了研究。研究内容及成果如下:(1)对国内外鱼道的发展历史及研究进展,对鱼类的洄游及游泳能力、鱼道的布置原则及鱼道的分类和特点进行了总结归纳;(2)利用物理模型试验对3种工况下鱼道内各池室水深沿程变化、各池室内最大流速、池室内及竖缝段与仿生态段衔接处流态、池室内流速分布进行了研究。结果表明:竖缝段与仿生态段衔接处流态良好,同时各池室内流态稳定,证明了该种结合是可行的;池室内水深变化主要影响主流流速,池室内水深越大,主流流速及池室内流速最大值越小,而对回流区流速影响较小;(3)利用物理模型试验的实测数据对所建立的三维数学模型进行率定验证,两者结果非常接近,表明该数学模型可用于鱼道的数值模拟计算,计算结果具有较高的可信度。(4)利用验证过的三维数学模型对4种不同体型的仿生态鱼道进行数值模拟计算,对通过的流量、池室内流态、流速分布及紊动能进行分析研究。结果表明:4种不同体型的仿生态鱼道均能满足与竖缝式鱼道相结合的流量匹配要求;体型1与体型2池室内主流分布相似,但设置的潜孔将前后池室的回流区连通,改善了池室内水深分布,体型3和体型4池室内主流分布相似,但体型4主流范围更加集中,中墩后的回流区范围更小,主流两侧回流区更加对称;池室内紊动能变化规律与流速变化规律相似。
【学位单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S956.3;TV135
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外鱼道发展历史
        1.2.1 国外鱼道发展历史
        1.2.2 国内鱼道发展历史
    1.3 国内外鱼道研究进展
        1.3.1 国外鱼道研究进展
        1.3.2 国内鱼道研究进展
    1.4 本文研究内容及方法
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究方法
    1.5 本章小结
第二章 鱼类与鱼道
    2.1 鱼类的行为特性
        2.1.1 鱼类的洄游
            2.1.1.1 鱼类洄游的分类
            2.1.1.2 影响鱼类洄游的因素
        2.1.2 鱼类的游泳能力
    2.2 鱼道的布置原则
        2.2.1 鱼道进口的布置
        2.2.2 鱼道出口的布置
        2.2.3 池室结构的布置
    2.3 鱼道的分类及特点
        2.3.1 传统工程鱼道
        2.3.2 新型鱼道
    2.4 本章小结
第三章 竖缝式与仿生态式相结合的鱼道模型试验研究
    3.1 工程概况
    3.2 目标鱼类及习性
    3.3 模型设计及测点布置
        3.3.1 模型设计
        3.3.2 测点布置
    3.4 试验工况
    3.5 试验成果分析
        3.5.1 沿程水深变化
        3.5.2 池室最大流速
        3.5.3 池室内及衔接段流态
        3.5.4 代表池室流速分布
    3.6 本章小结
第四章 数值计算模型的选择与率定
    4.1 模型建立与网格划分
    4.2 计算模型的选择
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 离散方法
        4.2.3 紊流模型
        4.2.4 多相流模型
        4.2.5 求解算法
    4.3 边界条件及初始条件设置
        4.3.1 边界条件
        4.3.2 初始条件
    4.4 计算模型的率定
        4.4.1 流量对比
        4.4.2 流态对比
        4.4.3 流速分布对比
    4.5 本章小结
第五章 仿生态鱼道数值模拟
    5.1 体型结构
        5.1.1 体型1
        5.1.2 体型2
        5.1.3 体型3
        5.1.4 体型4
    5.2 计算条件
        5.2.1 模拟范围
        5.2.2 边界条件
    5.3 各体型数值模拟结果
        5.3.1 体型1
        5.3.2 体型2
        5.3.3 体型3
        5.3.4 体型4
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录
致谢

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本文编号：2879916