螺旋流排沙涡管三维流场数值模拟研究

发布时间：2017-05-21 20:16

  本文关键词：螺旋流排沙涡管三维流场数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国的河流含沙量普遍较高,由于河道来沙量大,进渠泥沙多,因而造成水轮机、泵站机器磨损,渠道淤积,有的被迫停水清淤,给工农业生产带来很大损失。螺旋流排沙涡管是一种较为经济实用的排沙措施,主要应用于灌溉渠系及水电站引水渠道的泥沙处理,具有结构简单、施工方便、消耗水量少、排沙效果明显等优点。因此,分析研究螺旋流的形成条件、排沙机理、耗水量及涡管中流速分布,对解决渠底泥沙淤积问题、提高泵站运行寿命以及螺旋流排沙工程的方案优化设计具有很大的现实意义。螺旋流排沙涡管的设计和内部螺旋流流场的流速结构是螺旋流排沙研究的两个重要内容,鉴于目前对螺旋流排沙涡管的研究主要建立在物理模型试验的基础上,而物理模型试验周期长,费用高及不能确切观测螺旋流流场等缺陷,本文利用FLUENT软件,建立了螺旋流排沙涡管的三维模型并对涡管内流场进行了三维数值模拟。模拟采用SIMPLE算法,以-kRNGe模型封闭Reynolds方程,采用VOF法追踪自由表面。主要研究结果如下:(1)通过对螺旋流排沙涡管的三维数值模拟,得到了引水渠道及螺旋流排沙涡管内完整流场信息,通过与有关试验资料对比,涡管内流速分布计算值与实测值吻合良好。(2)通过对不同引水渠底坡度、涡管直径、涡管顶部开角、涡管轴线与引水渠内水流方向夹角等方案螺旋流排沙涡管中流场进行三维数值模拟,得到了不同方案及参数涡管中水流流态及流速分布,通过分析比较各因素对涡管内流态及流速分布的影响,给出了螺旋流排沙涡管设计的合理参数。(3)采用离散相模型(DPM)将泥沙颗粒导入螺旋流排沙涡管模型,使离散相泥沙颗粒与连续相水体进行耦合,得到了泥沙颗粒从渠道进入排沙涡管及在涡管中的运动轨迹。
【关键词】：涡管 螺旋流 三维数值模拟 流速分布 最优方案
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV149
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究的背景、目的和意义10-11
• 1.2 研究的方法11-12
• 1.3 国内外的研究现状12-14
• 1.3.1 经验公式与物理模型试验的研究12-13
• 1.3.2 数值模拟的研究13-14
• 1.4 本论文的主要工作及内容14-16
• 第二章 紊流模型及应用软件介绍16-22
• 2.1 紊流数值模拟方法简介16-17
• 2.1.1 直接数值模拟16
• 2.1.2 非直接数值模拟16-17
• 2.2 流场数值计算方法17-18
• 2.3 边界条件18-19
• 2.3.1 入流边界18
• 2.3.2 出流边界18
• 2.3.3 自由边界18-19
• 2.3.4 对称边界19
• 2.3.5 自由表面边界19
• 2.3.6 壁面边界19
• 2.4 自由液面追踪方法19-20
• 2.5 应用软件简介20-21
• 2.5.1 前处理软件20
• 2.5.2 计算软件20
• 2.5.3 后处理软件20-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第三章 三维模型的建立22-26
• 3.1 计算模型22-24
• 3.2 数学模型24-25
• 3.3 边界条件25
• 3.4 本章小结25-26
• 第四章 螺旋流排沙涡管数值模拟26-59
• 4.1 螺旋流流场的流速分布26-32
• 4.1.1 螺旋流流场26-28
• 4.1.2 切向流速分布28-29
• 4.1.3 轴向流速分布29-32
• 4.2 影响涡管内流速的因素32-48
• 4.2.1 水槽底坡32-36
• 4.2.2 涡管的直径36-40
• 4.2.3 涡管轴线与水槽内水流方向的夹角40-43
• 4.2.4 涡管顶部开角43-46
• 4.2.5 结果与分析46-48
• 4.3 螺旋流排沙涡管工程最优方案设计48-55
• 4.3.1 涡管直径48-51
• 4.3.2 涡管轴线与水槽内水流方向的夹角51-53
• 4.3.3 涡管开角53-55
• 4.4 泥沙颗粒运动轨迹的三维数值模拟55-57
• 4.4.1 离散相模型56
• 4.4.2 泥沙颗粒的运动轨迹56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 本文的主要研究成果59
• 5.2 不足及展望59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 作者简介65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈立荣;螺旋流排沙[J];中国水利;1998年02期

  本文关键词：螺旋流排沙涡管三维流场数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：384726