有压管道系统三维水击数值模拟研究
发布时间：2021-02-06 03:46
有压管道系统是引水系统的重要组成部分,水力发电过程中高压管道内常常伴随着水击现象,而且此现象不可避免。为减小水击对水电站有压管道系统的影响,通常在有压管道系统中布置调压室以破坏有压管道系统的封闭性。而如何高效的运行调压井与管道系统,一直是水击研究的热点。本研究对有压管道系统非恒定流进行三维数值模拟,为类似工程拓展了一种新方法,促进了水利学科的发展。本文以刘家峡有压管道为依托工程,釆用SOLIDWORKS建立三维计算模型,GAMBIT对计算模型划分结构化网格,运用FLUENT计算流体力学软件进行计算。最后运用TECPLOT软件对计算结果进行后处理。该模型主要包括排发电支洞、调压井和电站高压管道;计算过程中运用动网格技术实现阀门的动态启闭。由于该模型（调压井内水流）涉及空气和水流两种介质不断交换问题,模型拟采用成熟的VOF技术处理该技术难题。采用已有的刘家峡有压管道非恒定流模型试验成果,对有压管道系统三维非恒定流数值模型进行验证。结果表明,两者吻合较好。初步认为本研究是可以成为研究三维有压管道系统的有效途径。两台机组同时丢荷下数模结果表明:流场方面:发电支洞与调压井连接处出现顺时针漩涡,高...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 一维数值模拟
1.2.2 三维数值模拟
1.2.3 目前研究存在的问题
1.3 研究方法和内容
第二章 数学模型
2.1 一维数学模型
2.1.1 水击基本方程
2.1.2 调压井涌浪方程
2.2 三维数学模型
2.2.1 三维非恒定流的控制方程
2.2.2 三维非恒定流控制方程的离散
2.2.3 三维非恒定流控制方程的求解
2.2.4 自由水面的模拟
2.3 动网格模型
2.3.1 弹簧近似光滑模型
2.3.2 动态层模型
2.3.3 局部重划模型
2.4 本章小结
第三章 三维数学模型试验
3.1 依托工程概况
3.2 三维数学模型的建立
3.2.1 计算域的确定及网格的划分
3.2.2 数学模型的边界条件
3.3 三维数学模型阀门启闭的模拟
3.4 三维数学模型的计算步骤
3.5 三维数学模型的试验工况
3.6 三维数学模型的试验成果
3.6.1 电站丢荷工况试验
3.6.2 电站增荷工况试验
3.7 本章小结
第四章 有压管道系统非恒定流三维数值模拟
4.1 计算模型
4.1.1 模型的建立与网格的划分
4.1.2 模型的计算工况及边界条件
4.2 模型难点的处理
4.3 模型的验证
4.3.1 刘家峡有压管道非恒定流物理模型试验
4.3.2 刘家峡有压管道非恒定流物理模型试验成果
4.3.3 三维数学模型的验证
4.4 误差分析
4.5 本章小结
第五章 数值模拟成果分析
5.1 发电支洞与调压井数值模拟成果分析
5.1.1 流场分析
5.1.2 压力特性分析
5.1.3 紊动能与紊动耗散率的分布
5.2 高压管道弯管段数值模拟成果分析
5.2.1 流场分析
5.2.2 压力特性分析
5.2.3 紊动能与紊动耗散率的分布
5.3 本章小结
第六章 成果与展望
6.1 成果
6.2 展望
致谢
参考文献
在校期间发表的论著及取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D CFD validation of invert trap efficiency for sewer solid management using VOF model[J]. Mohammad Mohsin,Deo Raj Kaushal. Water Science and Engineering. 2016(02)
[2]长直管道阀门水击压强变化规律数值模拟研究[J]. 李佳,蒋定国,王煜. 三峡大学学报(自然科学版). 2016(02)
[3]有压管道充水过程水力特性三维数值模拟[J]. 严继松,廖国玲. 水利水电技术. 2015(03)
[4]TVD格式数值模拟水电站水击波新探[J]. 范晓丹,刘韩生,董瑜,张丹. 水利与建筑工程学报. 2014(05)
[5]水击泄压阀开启过程阀口流场的数值模拟[J]. 单如健,赵会军,王波. 环境工程. 2014(05)
[6]基于改进的水击方程的计算程序编制与应用[J]. 仇军. 河南科学. 2013(11)
[7]基于显格式与隐格式联合求解的管道系统非恒定流模拟[J]. 王超,杨建东. 水动力学研究与进展A辑. 2013(06)
[8]基于VOF模型的倒虹吸进出口流场数值模拟[J]. 何照青,牧振伟,李新,许琳琳. 中国农村水利水电. 2012(03)
[9]管渠结合系统非恒定流数值模拟及理论分析[J]. 李占松,何晓辉,王玲玲,周琼. 人民黄河. 2012(01)
[10]基于VOF模型的泄槽内掺气槽的三维流场数值模拟[J]. 王建,张志雁,万连宾,牧振伟. 水利水电技术. 2011(06)
硕士论文
[1]有压管道水流冲击气团的局部三维流场数值模拟研究[D]. 喻宇.哈尔滨工业大学 2011
[2]输水系统水击的数值模拟研究[D]. 张蓓.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3020094
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 一维数值模拟
1.2.2 三维数值模拟
1.2.3 目前研究存在的问题
1.3 研究方法和内容
第二章 数学模型
2.1 一维数学模型
2.1.1 水击基本方程
2.1.2 调压井涌浪方程
2.2 三维数学模型
2.2.1 三维非恒定流的控制方程
2.2.2 三维非恒定流控制方程的离散
2.2.3 三维非恒定流控制方程的求解
2.2.4 自由水面的模拟
2.3 动网格模型
2.3.1 弹簧近似光滑模型
2.3.2 动态层模型
2.3.3 局部重划模型
2.4 本章小结
第三章 三维数学模型试验
3.1 依托工程概况
3.2 三维数学模型的建立
3.2.1 计算域的确定及网格的划分
3.2.2 数学模型的边界条件
3.3 三维数学模型阀门启闭的模拟
3.4 三维数学模型的计算步骤
3.5 三维数学模型的试验工况
3.6 三维数学模型的试验成果
3.6.1 电站丢荷工况试验
3.6.2 电站增荷工况试验
3.7 本章小结
第四章 有压管道系统非恒定流三维数值模拟
4.1 计算模型
4.1.1 模型的建立与网格的划分
4.1.2 模型的计算工况及边界条件
4.2 模型难点的处理
4.3 模型的验证
4.3.1 刘家峡有压管道非恒定流物理模型试验
4.3.2 刘家峡有压管道非恒定流物理模型试验成果
4.3.3 三维数学模型的验证
4.4 误差分析
4.5 本章小结
第五章 数值模拟成果分析
5.1 发电支洞与调压井数值模拟成果分析
5.1.1 流场分析
5.1.2 压力特性分析
5.1.3 紊动能与紊动耗散率的分布
5.2 高压管道弯管段数值模拟成果分析
5.2.1 流场分析
5.2.2 压力特性分析
5.2.3 紊动能与紊动耗散率的分布
5.3 本章小结
第六章 成果与展望
6.1 成果
6.2 展望
致谢
参考文献
在校期间发表的论著及取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D CFD validation of invert trap efficiency for sewer solid management using VOF model[J]. Mohammad Mohsin,Deo Raj Kaushal. Water Science and Engineering. 2016(02)
[2]长直管道阀门水击压强变化规律数值模拟研究[J]. 李佳,蒋定国,王煜. 三峡大学学报(自然科学版). 2016(02)
[3]有压管道充水过程水力特性三维数值模拟[J]. 严继松,廖国玲. 水利水电技术. 2015(03)
[4]TVD格式数值模拟水电站水击波新探[J]. 范晓丹,刘韩生,董瑜,张丹. 水利与建筑工程学报. 2014(05)
[5]水击泄压阀开启过程阀口流场的数值模拟[J]. 单如健,赵会军,王波. 环境工程. 2014(05)
[6]基于改进的水击方程的计算程序编制与应用[J]. 仇军. 河南科学. 2013(11)
[7]基于显格式与隐格式联合求解的管道系统非恒定流模拟[J]. 王超,杨建东. 水动力学研究与进展A辑. 2013(06)
[8]基于VOF模型的倒虹吸进出口流场数值模拟[J]. 何照青,牧振伟,李新,许琳琳. 中国农村水利水电. 2012(03)
[9]管渠结合系统非恒定流数值模拟及理论分析[J]. 李占松,何晓辉,王玲玲,周琼. 人民黄河. 2012(01)
[10]基于VOF模型的泄槽内掺气槽的三维流场数值模拟[J]. 王建,张志雁,万连宾,牧振伟. 水利水电技术. 2011(06)
硕士论文
[1]有压管道水流冲击气团的局部三维流场数值模拟研究[D]. 喻宇.哈尔滨工业大学 2011
[2]输水系统水击的数值模拟研究[D]. 张蓓.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3020094
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/3020094.html
