水力插板透水丁坝水流结构数值模拟研究

发布时间：2020-11-13 05:25

　　 水力插板透水丁坝是一种新型的河道及航道整治建筑物,在多泥沙河流中其堤岸防护和缓流促淤效果显著。透水丁坝的布置导致坝体附近水流结构改变,河床重新调整,透水丁坝水流结构的研究对其在实际工程中的设计应用具有重要的指导意义。基于数值模拟方法,对不同透水孔型、透水率、挑角、有效坝长、流量及坝间距下水力插板透水丁坝流场进行三维数值模拟研究,得到了不同体型参数下水力插板透水丁坝附近流场的变化特征。主要结论如下:(1)不同透水孔型下,水力插板透水丁坝上游同一断面处流速变化规律基本一致;下游同一断面处,坝后作用区流速分布存在明显差异;主流区流速变化规律相似,当流速趋于恒定后其值基本相同。相比于其它透水孔型,双层矩形透水孔缓流落淤、护岸防冲效果最佳。(2)不同体型参数下水力插板透水丁坝水流结构的变化规律:随着透水率的增大,主流区流速逐渐减小,坝后作用区流速逐渐增大;回流强度逐渐减弱,当透水率达到40%时,回流基本消失;坝体前后水位壅高和下跌值均逐渐减小。随着挑角的增大,主流区流速逐渐增大;坝前壅水值逐渐增加,坝头附近及下游断面跌水值呈现先逐渐增大后减小的变化趋势,挑角为90°时,跌水值达到最大。随着有效坝长的增加,主流区流速逐渐增大;坝体前后水位壅高和下跌值均逐渐增大。随着流量的增大,断面各点的流速均逐渐增大;坝体前后水位壅高和下跌值也呈增大趋势。(3)水力插板透水丁坝各体型参数的合理取值范围:透水率为30%左右、挑角为45°~75°、有效坝长为0.2B~0.3B及坝间距为2l~4l。(4)水力插板透水丁坝群中第一座丁坝坝头处流速最大,且其流速值大于主流流速,而其它各坝坝头处流速均小于其主流流速。随着丁坝数目的增加,其累积效应不断增强,沿下游侧方向,各丁坝坝后作用区流速逐渐减小。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV863
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 概述
        1.1.1 研究背景及意义
        1.1.2 透水丁坝的形式及国内外应用
        1.1.3 透水丁坝的水力学问题及研究方法
        1.1.4 透水丁坝的优点
    1.2 透水丁坝的研究进展
        1.2.1 体型参数
        1.2.2 水流结构研究现状
        1.2.3 冲淤特性研究现状
    1.3 透水丁坝数值模拟研究进展
    1.4 存在的问题
    1.5 本文主要研究工作
        1.5.1 研究目标
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 研究方法
        1.5.4 技术路线
第2章 水力插板透水丁坝数值计算方法
    2.1 控制方程
        2.1.1 连续性方程
        2.1.2 动量方程
        2.1.3 能量方程
    2.2 湍流模型
        2.2.1 S-A模型
        2.2.2 k-ε模型
        2.2.3 RSM模型
        2.2.4 LES模型
    2.3 数值求解
        2.3.1 几何模型
        2.3.2 计算网格及其无关性分析
        2.3.3 求解设置和边界条件
        2.3.4 模型验证
    2.4 模拟工况
第3章 水力插板透水丁坝透水孔型和布置方式
    3.1 概述
    3.2 透水孔形状和布置方式对透水丁坝流场的影响
    3.3 小结
第4章 水力插板透水丁坝水流结构研究
    4.1 水力插板透水丁坝体型参数对其流态的影响
        4.1.1 不同透水率下坝体附近的流态
        4.1.2 不同挑角下坝体附近的流态
        4.1.3 不同有效坝长下坝体附近的流态
        4.1.4 不同流量下坝体附近的流态
    4.2 水力插板透水丁坝流速随体型参数的变化规律
        4.2.1 流速随透水率的变化规律
        4.2.2 流速随挑角的变化规律
        4.2.3 流速随有效坝长的变化规律
        4.2.4 流速随流量的变化规律
    4.3 水力插板透水丁坝底面压强随体型参数的变化规律
        4.3.1 底面压强随透水率的变化规律
        4.3.2 底面压强随挑角的变化规律
        4.3.3 底面压强随有效坝长的变化规律
        4.3.4 底面压强随流量的变化规律
    4.4 小结
第5章 水力插板透水丁坝群累计效应研究
    5.1 水力插板透水丁坝群合理坝间距的研究
    5.2 水力插板透水丁坝群累计效应研究
    5.3 小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

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本文编号：2881795