溢洪道弯道段水力特性的数值模拟与试验研究

发布时间：2017-04-13 06:21

  本文关键词：溢洪道弯道段水力特性的数值模拟与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以Fluent软件为平台,选用标准k-ε双方程紊流模型和Reali zable k-ε湍流模型做对比、两相流VOF模型模拟自由水面,对青州市黑虎山水库溢洪道泄槽弯道段及消能段的三维水流进行了数值模拟研究,并通过物理模型验证数值模拟结果的可靠性,选择优化的溢洪道消能方案。其主要内容和成果有：(1)以黑虎山水库溢洪道为例,采用物理模型试验的方法研究了在泄槽弯道段设置导流墙改善溢洪道弯道泄槽的水力特性；分析了消能方式对下游河槽冲刷的影响。实测了各工况水流下泄的条件下泄槽弯道段左右两岸的水面线、断面流速等水力参数和研究各工况条件下对下游消能段的影响。(2)应用Fluent软件对溢洪道弯道泄槽和消能段进行三维数值模拟计算,计算中分别使用标准k-ε紊流模型与Realizable k-ε湍流模型做对比,引入追踪自由水面位置的VOF算法,对几何边界采用适应性较强的非结构化网格进行划分,计算得出不同流量条件下溢洪道弯道泄槽流场内的水面线、速度分布等重要参数和弯道泄槽段折冲水流的二次流动,并与物理模型试验得到的参数进行对比分析,最终验证Realizable k-ε双方程紊流模型是更符合弯道泄槽水力参数计算的湍流模型。(3)在以上基础上对溢洪道弯道的挑流消能做了设计优化,从挑流鼻坎的消能上看,挑角设计为22。比原先20。时的挑流在各级流量下使得水流在挑坎处的横向偏移有所减弱,挑距在横向上基本上呈对称分布,最大挑距仍然是在中心位置,且挑距有所增长,消能效率有较为明显的提升,这样既能减弱对鼻坎基础的冲刷,又能确保其周围建筑物的安全。同时挑流鼻坎处的流速也变小,从而横向剪切力变小,减小了对鼻坎的破坏作用。
【关键词】：溢洪道弯道 模型试验 数值模拟 Realizable k-ε湍流模型 VOF算法
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV135.2
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 溢洪道弯道泄槽研究12-13
• 1.2.2 弯道溢洪道数值模拟的发展13
• 1.2.3 溢洪道消能形式的研究现状13-15
• 1.3 研究方法和研究内容15-18
• 1.3.1 研究方法15-16
• 1.3.2 研究内容16
• 1.3.3 技术路线16-18
• 第2章 溢洪道数值模拟的理论和方法18-24
• 2.1 计算流体力学的概述18
• 2.2 FLUENT介绍18-21
• 2.2.1 控制方程18-19
• 2.2.2 三维湍流模型19-21
• 2.3 基于SIMPLE算法的计算流场离散化21-22
• 2.3.1 有限差分法21
• 2.3.2 有限元法21
• 2.3.3 有限体积法21-22
• 2.4 自由表面追踪22
• 2.5 本章小结22-24
• 第3章 黑虎山水库溢洪道模型试验研究24-41
• 3.1 模型试验的基本原理24
• 3.2 溢洪道的初步设计24-27
• 3.2.1 工程概况24-26
• 3.2.2 模型参数的设定及模拟范围的确定26-27
• 3.3 溢洪道弯道水流特性的试验研究27-35
• 3.3.1 溢洪道泄流能力试验27-29
• 3.3.2 溢洪道泄流的水流流态29-31
• 3.3.3 溢洪道泄流的水流流速分析31-32
• 3.3.4 溢洪道沿程水面线分布32-35
• 3.4 挑流消能的试验35-39
• 3.4.1 挑角20°时的挑流消能试验结果分析36
• 3.4.2 修改挑角22°时的挑流消能试验结果对比分析36-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 溢洪道泄槽段水流数值模拟研究41-60
• 4.1 数值模拟41-45
• 4.1.1 自由表面41-42
• 4.1.2 网格划分42-44
• 4.1.3 边界条件及初始条件设置44-45
• 4.2 模型试验与数值模拟对比分析45-58
• 4.2.1 水流流速对比分析45-50
• 4.2.2 水面线对比分析50-55
• 4.2.3 弯道横断面上的二次流动现象55-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第5章 结论及展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 附件66

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张杰,李永红;平面二维河床冲淤计算有限体积法[J];长江科学院院报;2002年05期

2 成厚昌,郑银功;应用数学模型研究三峡库尾铜锣峡急滩的治理[J];重庆交通学院学报;1999年02期

3 周勤;伍超;张湛;;双弯溢洪道的数值模拟研究[J];东北水利水电;2006年05期

4 邢贞相,付强,孙兵;实码加速遗传算法在天然河道水面线计算中的应用[J];灌溉排水学报;2003年05期

5 郭秀;;近代云南农田水利建设的重要性[J];德宏师范高等专科学校学报;2015年01期

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本文编号：302996