闸门局开时输水隧洞的水力特性研究

发布时间：2017-04-12 15:13

  本文关键词：闸门局开时输水隧洞的水力特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国水资源分布不均匀,水资源供需矛盾日益加剧,一方面对居民生活造成很大的影响；另一方面,对我国的经济发展有一定的制约。众多学者对水资源分布不均匀的现状进行研究,越来越多的研究结果表明：跨流域调水是解决水资源分布不均匀的有效方法之一。在调水过程中,往往要兴修输水隧洞等水利工程。在21世纪以前,对输水隧洞的研究主要应用物理模型试验的方法,现在,随着计算机科学技术的发展以及计算流体力学理论的不断完善,应用数值模拟的方法对输水隧洞的水力特性进行研究也已成为一重要的方法。本文首先对输水隧洞的研究意义进行阐述,其次介绍了研究现状以及各类研究方法与理论,再次通过物理模型试验对输水隧洞进行模拟研究,确定其输水量以及压强、水面线、流速等水力参数,最后通过数值模拟的方法对闸门局开时输水隧洞的水力特性进行了研究,并同物理模型试验结果进行对比验证,分析两者的优缺点和不足之处,最后对本文的研究进行总结。具体的研究工作可以归结为以下几点：1.对输水隧洞的研究现状进行总结,分析归纳已经研究成熟的成果与仍需进一步研究的内容。2.对某实际工程的输水隧洞进行介绍,并应用物理模型试验的方法对其进行研究。介绍了模型试验的相似理论、模型比尺、模型制造以及测试手段等；给出了试验研究得到的闸门不同开度下的输水隧洞的过流能力、压强分布、沿程水面线以及消能率,对消能效果进行了分析。3.介绍了紊流模型以及数值计算方法,对闸门局开时输水隧洞水力特性进行了模拟分析,采用k-ε紊流双方程模型,应用CAD软件建立三维模型,使用ICEM软件划分网格,应用后处理软件对数值模拟的结果进行处理,并对结果进行了总结分析。4.物理模型试验与数值模拟的结果进行对比分析,结果表明,两种方法得到的水面线、压强和流速等水力参数差别不大。模型试验研究表明该输水隧洞的泄洪能力及其它水力特性良好,较好地解决了该工程中的输水和消能问题,并通过数值模拟得到了验证。本文研究成果将为输水隧洞在今后的应用提供参考依据,具有很好的学术意义和工程应用价值。
【关键词】：输水隧洞 水力特性 模型试验 紊流模型 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV135;TV672.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 模拟输水隧洞输水的意义9-10
• 1.2 输水隧洞的研究现状10-12
• 1.2.1 输水隧洞的水流流态研究10-11
• 1.2.2 输水隧洞的内消能工研究11-12
• 1.2.3 输水隧洞的空化空蚀研究12
• 1.3 输水隧洞的研究方法12-14
• 1.3.1 理论分析12-13
• 1.3.2 模型试验13-14
• 1.3.3 数值模拟14
• 1.4 本文的主要工作14-16
• 2. 紊流模型16-19
• 2.1 紊流概述16
• 2.2 紊流数值模拟方法16-18
• 2.2.1 直接数值模拟(DNS)16
• 2.2.2 大涡模拟(LES)16
• 2.2.3 基于雷诺平均N-S方程组(RANS)的模型16-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3. 某输水隧洞的物理模型设计19-24
• 3.1 工程概况19-20
• 3.1.1 输水隧洞介绍19-20
• 3.2 物理模型设计20-23
• 3.2.1 相似准则与模型比尺21
• 3.2.2 水工结构模型材料、制造与安装21
• 3.2.3 试验测试手段21-23
• 3.2.4 模型图23
• 3.3 本章小结23-24
• 4. 某输水隧洞物理模型试验研究24-40
• 4.1 库水位与流量的关系24-26
• 4.2 沿程压强分布26-31
• 4.3 水面线及沿程水深31-36
• 4.4 流速分布与消能率分析36-39
• 4.4.1 流速分布36-39
• 4.4.2 消能率分析39
• 4.5 本章小结39-40
• 5. 闸门局开时输水隧洞的数值模拟研究40-53
• 5.1 网格划分与边界条件40-42
• 5.2 输水隧洞的数值模拟结果42-52
• 5.2.1 流量42
• 5.2.2 输水隧洞水面线42-47
• 5.2.3 输水隧洞沿程底板压强47-49
• 5.2.4 流速分布49-52
• 5.3 本章小结52-53
• 6 模型试验与数值模拟结果对比分析53-63
• 6.1 水面线对比分析53-56
• 6.2 压强对比分析56-59
• 6.3 流速对比分析59-62
• 6.4 误差分析62
• 6.5 本章小结62-63
• 7 结论与展望63-65
• 7.1 结论63
• 7.2 展望63-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-68

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