新型纵向错落差动式挑坎水力特性的数值模拟研究
发布时间：2021-02-23 09:31
挑流消能广泛地应用于各种泄水建筑物,为增加泄流能量的快速耗散,不同体型的挑流鼻坎应运而生。陈旧的经验公式已不适用于描述各种复杂挑流鼻坎的水力特性。目前国内外学者针对新型消能工挑射距离等水力特性的研究主要采取理论公式推导、模型试验和数值模拟等手段展开。本文首先简单介绍挑流消能的数值模拟理论与方法,针对普通差动式挑坎水舌仅有横向扩散的问题,提出一种新型纵向错落差动式挑坎结构,并对其挑流消能水力特性进行数值计算研究,本文主要研究内容及结论如下:（1）遵循差动式挑坎的设计原则,基于工程原有溢流堰的下游坡比和堰型曲线,设计五种不同高低坎挑角的新型纵向错落差动式挑坎,彼此高坎反弧半径也各不相同。并将工程实例原本的连续式挑坎按校核洪水位、设计洪水位分别进行数值模拟。计算所得坎顶流速与公式估算值基本吻合,验证了数值模拟应用于新型消能工研究的可行性。（2）在CAD软件中绘制五种新型挑坎的二维剖面图,然后导入Gambit软件中拉伸三维建模,非结构性网格划分采用ICEM CFD软件。经过质量检验的网格在Fluent软件中计算。采用后处理软件Tecplot绘制新型挑坎不同剖面的水舌流态图、湍动能和湍动能耗散率...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
挑流消能示意图
西华大学硕士学位论文2 挑流消能的数值模拟理论与方法2.1 挑流消能工的水力特性分析在挑流消能发展过程中，针对前一章所提到的挑坎处水舌被撕裂的局部消能，人们不断地改进挑流消能坎的形状，以求达到更满意的消能效果。出于尽可能加大水舌各向掺气扩散面积、增大挑距以保护基础目的，改进发明了差动式挑坎、窄缝式挑坎等系列新型挑流鼻坎[30,31]。针对不同挑流消能工的水力特性，可从各自的类型角度进行分析。2.1.1 连续式挑坎连续式挑坎（continues flip bucket）是体型最为简单的一种挑坎，主要体型参数是反弧半径 R、挑角（反弧半径的末端角度θ）、坎高 a（由反弧底到挑坎顶的高差）。其中设计尺寸需满足关系式 a = R（ 1- cos ）。
差动式挑坎动式挑流鼻坎（differential flip bucket）[34]的高坎（齿）和低坎（槽）较为泄水流分为若干股不同出射角度的水舌。高坎和低坎互不相同的挑角使得同，因此在下游河床被冲刷的面积得到有效增大，有利于对泄水建筑物的且相比于简单的连续式挑坎，高低坎水舌彼此之间的摩擦消能和掺气消能坎的体型而得到明显增加。此外，合理选用高低坎的横剖面形状时，还能免侧壁空蚀的发生。研究差动式挑坎水力特性时，刘延琼[35]等人集合扩散式、窄缝式、差动式首创性地提出高扩散低收缩差动式挑坎。着重分析了其两个重要体型参数差的取值范围，以期望获得良好的水流流态和下游冲刷。当改变高扩散低坎收缩比时，张挺[36,37]等人采用模型试验手段从高低坎的分流规律、坎内游最大冲坑深度等多个指标来综合衡量对其水力特性的影响，并得出之间，还发现侧壁位置不存在负压区。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Energy dissipation of slot-type flip buckets[J]. 吴建华,李书芳,马飞. Journal of Hydrodynamics. 2018(02)
[2]二级齿墩式内消能工的数值模拟[J]. 宋佳杰,田淳. 水电能源科学. 2017(06)
[3]异型挑流鼻坎三维设计及整体泄流模拟研究[J]. 刘飞鹏,龚爱民,陈春武,郝蓓蓓. 人民黄河. 2017(05)
[4]平底差动坎的流态和水舌挑距[J]. 孙红娟,马飞,骆超. 水电能源科学. 2017(03)
[5]阵列式燕尾坎水力特性研究[J]. 王晶,邓军,吕利,杨正丽. 水力发电学报. 2017(03)
[6]斜鼻坎挑流消能水力特性试验研究[J]. 尹韬,邱勇,刘春云,罗鹏,赵洪梅. 水利科技与经济. 2016(10)
[7]盖板对泄洪隧道急流弯道水利特性的影响[J]. 马晓,王波,宋家俊,昌子多,陈云良. 中国科技论文. 2016(19)
[8]A new type of leak-floor flip bucket[J]. DENG Jun,YANG ZhengLi,TIAN Zhong,ZHANG FaXing,WEI WangRu,YOU Xiang,XU WeiLin. Science China（Technological Sciences）. 2016(04)
[9]斜鼻坎挑流消能在黑石罗水库的应用[J]. 邱勇,龚爱民. 水电能源科学. 2016(03)
[10]Ski-jump trajectory based on take-off velocity[J]. 吴建华,许准,姚莉,马飞. Journal of Hydrodynamics. 2016(01)
博士论文
[1]宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟[D]. 张挺.四川大学 2005
硕士论文
[1]侧槽溢洪道水力特性模型试验与数值模拟研究[D]. 陈小威.西安理工大学 2017
[2]三维VOF模型在台阶式溢洪道中的应用研究[D]. 郭馨.青海大学 2017
[3]台阶式溢洪道掺气水流数值模拟[D]. 邹璐.西安理工大学 2016
[4]某泄洪底孔水力特性的试验及数值模拟研究[D]. 王昊.大连理工大学 2016
[5]溢洪道弯道段水力特性的数值模拟与试验研究[D]. 栾京京.山东大学 2015
[6]某阶梯溢洪道的水流水力特性数值模拟研究[D]. 高梦露.大连理工大学 2015
[7]溢流坝泄流过程水流流态数值模拟[D]. 杨思雨.大连理工大学 2015
[8]洞式溢洪道的水力特性试验及数值模拟研究[D]. 张岩.大连理工大学 2015
[9]小湾河水库台阶溢洪道泄流三维数值模拟[D]. 施小金.西北农林科技大学 2014
[10]阿拉沟水库溢洪道泄水水力特性试验研究和数值模拟[D]. 木克然·阿娃.新疆农业大学 2013
本文编号：3047371
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
挑流消能示意图
西华大学硕士学位论文2 挑流消能的数值模拟理论与方法2.1 挑流消能工的水力特性分析在挑流消能发展过程中，针对前一章所提到的挑坎处水舌被撕裂的局部消能，人们不断地改进挑流消能坎的形状，以求达到更满意的消能效果。出于尽可能加大水舌各向掺气扩散面积、增大挑距以保护基础目的，改进发明了差动式挑坎、窄缝式挑坎等系列新型挑流鼻坎[30,31]。针对不同挑流消能工的水力特性，可从各自的类型角度进行分析。2.1.1 连续式挑坎连续式挑坎（continues flip bucket）是体型最为简单的一种挑坎，主要体型参数是反弧半径 R、挑角（反弧半径的末端角度θ）、坎高 a（由反弧底到挑坎顶的高差）。其中设计尺寸需满足关系式 a = R（ 1- cos ）。
差动式挑坎动式挑流鼻坎（differential flip bucket）[34]的高坎（齿）和低坎（槽）较为泄水流分为若干股不同出射角度的水舌。高坎和低坎互不相同的挑角使得同，因此在下游河床被冲刷的面积得到有效增大，有利于对泄水建筑物的且相比于简单的连续式挑坎，高低坎水舌彼此之间的摩擦消能和掺气消能坎的体型而得到明显增加。此外，合理选用高低坎的横剖面形状时，还能免侧壁空蚀的发生。研究差动式挑坎水力特性时，刘延琼[35]等人集合扩散式、窄缝式、差动式首创性地提出高扩散低收缩差动式挑坎。着重分析了其两个重要体型参数差的取值范围，以期望获得良好的水流流态和下游冲刷。当改变高扩散低坎收缩比时，张挺[36,37]等人采用模型试验手段从高低坎的分流规律、坎内游最大冲坑深度等多个指标来综合衡量对其水力特性的影响，并得出之间，还发现侧壁位置不存在负压区。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Energy dissipation of slot-type flip buckets[J]. 吴建华,李书芳,马飞. Journal of Hydrodynamics. 2018(02)
[2]二级齿墩式内消能工的数值模拟[J]. 宋佳杰,田淳. 水电能源科学. 2017(06)
[3]异型挑流鼻坎三维设计及整体泄流模拟研究[J]. 刘飞鹏,龚爱民,陈春武,郝蓓蓓. 人民黄河. 2017(05)
[4]平底差动坎的流态和水舌挑距[J]. 孙红娟,马飞,骆超. 水电能源科学. 2017(03)
[5]阵列式燕尾坎水力特性研究[J]. 王晶,邓军,吕利,杨正丽. 水力发电学报. 2017(03)
[6]斜鼻坎挑流消能水力特性试验研究[J]. 尹韬,邱勇,刘春云,罗鹏,赵洪梅. 水利科技与经济. 2016(10)
[7]盖板对泄洪隧道急流弯道水利特性的影响[J]. 马晓,王波,宋家俊,昌子多,陈云良. 中国科技论文. 2016(19)
[8]A new type of leak-floor flip bucket[J]. DENG Jun,YANG ZhengLi,TIAN Zhong,ZHANG FaXing,WEI WangRu,YOU Xiang,XU WeiLin. Science China（Technological Sciences）. 2016(04)
[9]斜鼻坎挑流消能在黑石罗水库的应用[J]. 邱勇,龚爱民. 水电能源科学. 2016(03)
[10]Ski-jump trajectory based on take-off velocity[J]. 吴建华,许准,姚莉,马飞. Journal of Hydrodynamics. 2016(01)
博士论文
[1]宽尾墩和阶梯溢流坝一体化数值模拟[D]. 张挺.四川大学 2005
硕士论文
[1]侧槽溢洪道水力特性模型试验与数值模拟研究[D]. 陈小威.西安理工大学 2017
[2]三维VOF模型在台阶式溢洪道中的应用研究[D]. 郭馨.青海大学 2017
[3]台阶式溢洪道掺气水流数值模拟[D]. 邹璐.西安理工大学 2016
[4]某泄洪底孔水力特性的试验及数值模拟研究[D]. 王昊.大连理工大学 2016
[5]溢洪道弯道段水力特性的数值模拟与试验研究[D]. 栾京京.山东大学 2015
[6]某阶梯溢洪道的水流水力特性数值模拟研究[D]. 高梦露.大连理工大学 2015
[7]溢流坝泄流过程水流流态数值模拟[D]. 杨思雨.大连理工大学 2015
[8]洞式溢洪道的水力特性试验及数值模拟研究[D]. 张岩.大连理工大学 2015
[9]小湾河水库台阶溢洪道泄流三维数值模拟[D]. 施小金.西北农林科技大学 2014
[10]阿拉沟水库溢洪道泄水水力特性试验研究和数值模拟[D]. 木克然·阿娃.新疆农业大学 2013
本文编号：3047371
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