当卡水电站泄洪闸下游冲刷过程三维数值模拟
发布时间：2022-02-17 10:58
水利水电工程泄水枢纽下游的冲刷问题普遍存在。就中低水头工程而言,往往具有低水头、泄流量大、低弗劳德数、下游河道覆盖层厚等特点。因而,其下游护坦、海漫等建筑物发生冲刷破坏的现象更为普遍,情况严重的将直接威胁到水电站的安全稳定运行。因此,准确地预测水电站下游河道的流场信息、冲刷坑最大冲刷深度及冲刷范围,对于水利水电工程安全设计运行具有重要意义。本文以青海玉树当卡水电站为研究对象,基于ANSYS FLUENT提供的动网格技术,对其泄水过程中的水流流场及下游冲刷过程进行三维数值模拟,得到主要结论如下:（1）建立了当卡水电站三维实体模型,基于ANSYS FLUENT平台,采用RNG k-ε湍流模型,结合使用SIMPLEC算法,对其闸室、消力池以及下游区域内的三维流场进行了数值模拟,通过将模拟计算得到的泄流流量、典型断面流速分布和水面线沿程分布与模型试验实测资料进行对比分析发现,模拟值与实测值符合较好,表明本文所选数学模型合理;（2）分析了河床泥沙颗粒运动特性,建立了基于水流随机性及床沙分布随机性的推移质输沙率公式;根据河床冲淤平衡原理,将冲淤方程用于自行编写的UDF文件中,以无粘性沙临界起动切应...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
壁面粗糙高度设置Fig2-1WallRoughnessHeightSetting
指定刚体随时间变化的角速度、线速度以及预定轨迹的运动或耦合运NE_CG_MOTION 宏 的 结 构 形 式 较 为 简 单 ， 表 达 NE_CG_MOTION(name,dt,vel,omega,time,dtime)，其中，name 为宏函数名自定义；dt 为数据指针，用于存储动网格属性；vel 为平动速度，为一个数组了 x、y、z 三个方向的线速度；omega 为转动速度，为一个数组变量，包含了方向的角速度；time 为当前时间；dtime 为时间步长。DEFINE_GEOMDEFINE_GEOM 主要用于自定义边界变形的控制，特别是对于较为复杂的同时，该宏还可以定义变形区域（deforming zone）的几何形状。DEFINE_结构形式同样也比较简单，其表达式为 DEFINE_GEOM (name,d,dt,position)， 为宏函数名称，由用户自定义；d 为指向区域的指针，由 Fluent 传入；dt 针，用于储存网格结构属性；position 为存储网格节点位置的数组指针。值，该宏函数除了 name 是由用户自定义的，其余各项参数均由 Fluent 中传入动区域网格节点位置发生变化后网格节点始终在规定几何形状上，动区域节后投影到几何图上，如图 2-5 所示。
图 2-3 弹簧光顺网格变化Fig.2-3 Meshes deforming of Smoothing Methods.3.2 动态层网格法（Dynamic Layering Methods）当处理网格拉伸变形时，FLUENT 中最为有效的方法是动态层铺法（Dynering Methods）。该方法主要思路是对于棱柱（六面体或者楔形）网格，检测运连的网格高度，通过将其与用户设定的高度阈值比照来控制网格分裂或是合并2-4 所示，若定义第 j 层网格的高度阈值为 h，则处于移动边界面上的网格节点度阈值与相邻的第 i 层网格发生分离或合并，进而使第 j 层网格的高度始终控内。
【参考文献】：
期刊论文
[1]横丹水电站下游冲刷坑二维数值模拟[J]. 张根广,高改玉,田艳,梁宗祥. 应用基础与工程科学学报. 2017(06)
[2]基于图像识别的非恒定流卵砾石输移试验研究[J]. 杨胜发,曾施雨,胡江,陈阳. 泥沙研究. 2017(04)
[3]泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟[J]. 张根广,王新雷,吴彰松,李林林. 泥沙研究. 2017(03)
[4]正负坡上均匀散粒体泥沙起动流速的研究[J]. 李林林,张根广,吴彰松,高远. 泥沙研究. 2016(05)
[5]基于相对暴露度的无黏性均匀泥沙起动流速公式[J]. 张根广,周双,邢茹,梁宗祥. 应用基础与工程科学学报. 2016(04)
[6]均匀泥沙相对暴露度的试验研究[J]. 周双,张根广,王新雷,邢茹. 泥沙研究. 2015(06)
[7]无黏性泥沙休止角与表层沙摩擦角试验[J]. 孟震,王浩,杨文俊. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(11)
[8]泥沙起动概率的高速摄影测量方法[J]. 苗蔚,陈启刚,李丹勋,钟强. 水科学进展. 2015(05)
[9]斜坡上均匀散粒体泥沙的起动流速研究[J]. 周双,张根广,梁宗祥,邢茹. 泥沙研究. 2015(04)
[10]推移质平衡输沙率公式研究[J]. 孟震,陈槐,李丹勋,王兴奎. 水利学报. 2015(09)
博士论文
[1]挑射水流对岩石河床的冲刷机理研究[D]. 刘沛清.清华大学 1994
硕士论文
[1]闸坝下游冲刷坑形态三维数值模拟[D]. 吴彰松.西北农林科技大学 2017
[2]当卡水电站下游冲刷坑形态的试验研究[D]. 王新强.西北农林科技大学 2014
[3]巨亭水电站下游冲刷过程三维数值模拟研究[D]. 田艳.西北农林科技大学 2014
[4]当卡水电站下游局部冲刷坑深度试验研究[D]. 刘向宇.西北农林科技大学 2014
[5]泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用[D]. 孟震.长江科学院 2011
[6]低水头航电枢纽泄水闸下游局部冲刷问题研究[D]. 侯斌.长沙理工大学 2010
[7]低水头泄水建筑物消能措施数值模拟[D]. 史志鹏.西北农林科技大学 2010
本文编号：3629314
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
壁面粗糙高度设置Fig2-1WallRoughnessHeightSetting
指定刚体随时间变化的角速度、线速度以及预定轨迹的运动或耦合运NE_CG_MOTION 宏 的 结 构 形 式 较 为 简 单 ， 表 达 NE_CG_MOTION(name,dt,vel,omega,time,dtime)，其中，name 为宏函数名自定义；dt 为数据指针，用于存储动网格属性；vel 为平动速度，为一个数组了 x、y、z 三个方向的线速度；omega 为转动速度，为一个数组变量，包含了方向的角速度；time 为当前时间；dtime 为时间步长。DEFINE_GEOMDEFINE_GEOM 主要用于自定义边界变形的控制，特别是对于较为复杂的同时，该宏还可以定义变形区域（deforming zone）的几何形状。DEFINE_结构形式同样也比较简单，其表达式为 DEFINE_GEOM (name,d,dt,position)， 为宏函数名称，由用户自定义；d 为指向区域的指针，由 Fluent 传入；dt 针，用于储存网格结构属性；position 为存储网格节点位置的数组指针。值，该宏函数除了 name 是由用户自定义的，其余各项参数均由 Fluent 中传入动区域网格节点位置发生变化后网格节点始终在规定几何形状上，动区域节后投影到几何图上，如图 2-5 所示。
图 2-3 弹簧光顺网格变化Fig.2-3 Meshes deforming of Smoothing Methods.3.2 动态层网格法（Dynamic Layering Methods）当处理网格拉伸变形时，FLUENT 中最为有效的方法是动态层铺法（Dynering Methods）。该方法主要思路是对于棱柱（六面体或者楔形）网格，检测运连的网格高度，通过将其与用户设定的高度阈值比照来控制网格分裂或是合并2-4 所示，若定义第 j 层网格的高度阈值为 h，则处于移动边界面上的网格节点度阈值与相邻的第 i 层网格发生分离或合并，进而使第 j 层网格的高度始终控内。
【参考文献】：
期刊论文
[1]横丹水电站下游冲刷坑二维数值模拟[J]. 张根广,高改玉,田艳,梁宗祥. 应用基础与工程科学学报. 2017(06)
[2]基于图像识别的非恒定流卵砾石输移试验研究[J]. 杨胜发,曾施雨,胡江,陈阳. 泥沙研究. 2017(04)
[3]泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟[J]. 张根广,王新雷,吴彰松,李林林. 泥沙研究. 2017(03)
[4]正负坡上均匀散粒体泥沙起动流速的研究[J]. 李林林,张根广,吴彰松,高远. 泥沙研究. 2016(05)
[5]基于相对暴露度的无黏性均匀泥沙起动流速公式[J]. 张根广,周双,邢茹,梁宗祥. 应用基础与工程科学学报. 2016(04)
[6]均匀泥沙相对暴露度的试验研究[J]. 周双,张根广,王新雷,邢茹. 泥沙研究. 2015(06)
[7]无黏性泥沙休止角与表层沙摩擦角试验[J]. 孟震,王浩,杨文俊. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(11)
[8]泥沙起动概率的高速摄影测量方法[J]. 苗蔚,陈启刚,李丹勋,钟强. 水科学进展. 2015(05)
[9]斜坡上均匀散粒体泥沙的起动流速研究[J]. 周双,张根广,梁宗祥,邢茹. 泥沙研究. 2015(04)
[10]推移质平衡输沙率公式研究[J]. 孟震,陈槐,李丹勋,王兴奎. 水利学报. 2015(09)
博士论文
[1]挑射水流对岩石河床的冲刷机理研究[D]. 刘沛清.清华大学 1994
硕士论文
[1]闸坝下游冲刷坑形态三维数值模拟[D]. 吴彰松.西北农林科技大学 2017
[2]当卡水电站下游冲刷坑形态的试验研究[D]. 王新强.西北农林科技大学 2014
[3]巨亭水电站下游冲刷过程三维数值模拟研究[D]. 田艳.西北农林科技大学 2014
[4]当卡水电站下游局部冲刷坑深度试验研究[D]. 刘向宇.西北农林科技大学 2014
[5]泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用[D]. 孟震.长江科学院 2011
[6]低水头航电枢纽泄水闸下游局部冲刷问题研究[D]. 侯斌.长沙理工大学 2010
[7]低水头泄水建筑物消能措施数值模拟[D]. 史志鹏.西北农林科技大学 2010
本文编号：3629314
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