三维鱼道水力特性及鱼体上溯行进能力数值模拟研究

发布时间：2017-06-02 05:21

  本文关键词：三维鱼道水力特性及鱼体上溯行进能力数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,人们在河流中修建大量水利设施来弥补我国水资源时空分布不均匀的缺陷。这些人工设施破坏了原始河流的连通性,造成河流生态环境片段化,阻断了河流中鱼类等水生动植物的洄游通道,造成河流生物多样性严重下降。在大力提倡生态文明建设的大环境下,鱼道不仅是一项水利工程,更是一项生态利民补偿工程,对于恢复河道原始生态环境,保护河流物种多样性起着举足轻重的作用。本文在收集大量文献资料的基础上,基于前人的研究成果,对鱼道的水力特性进行了较深入的探讨,并对运用FLUENT软件求解鱼道等具有自由表面明渠流动问题基本原理作了详细的阐述。主要工作如下：(1)在阅读和整理大量文献资料的基础上对鱼道的国内外研究进展作了详细的归纳总结,结合国内外实际工程运行情况提出了我国鱼道建设所面临的问题,并对数值模拟在鱼道设计和研究中的应用作了详细论述。(2)介绍了鱼道建设的必要性,同时详细展示了与鱼道建设有关的鱼类游泳能力,鱼道布置的基本原则、鱼道的类型特征、不同鱼道类型的水力特性参数。(3)简要介绍鱼道数值模拟基本控制方程、数值求解算法、紊流模型、自由水面模拟方法等基本原理。(4)对某水电站表孔溢洪洞泄流能力进行了水工模型试验,通过试验对溢洪洞控制段、渐变段、洞身段等水力特性参数进行了测量,得出了“库水位～流量”关系曲线。(5)根据试验成果,运用CAD、ANSYS ICEM、FLUENT等软件对溢洪洞进行三维数值计算,并与实测值进行了对比分析,吻合度较高,表明FLUENT在模拟具有自由表面流的明渠流动问题时能够达到很高的精度。(6)成功建立了同侧竖缝式鱼道、异侧竖缝式鱼道三维水动力学模型,并详细展示了单个鱼池细部流速场特性,表明鱼道具有上升流、下降流、流动分离、涡流等复杂的紊流特性。根据模拟得出的流速场,以粉红鲑鱼为目标鱼种,基于其上溯时的爆发游泳速度,推求沿着三条不同路径上溯时所遇到的阻力及能量损耗。鱼道的水力特性研究和鱼体上溯耗能的定量分析对于鱼道建设管理、结构尺寸优化设计具有指导性意义,该模型方法对于未来更深入的鱼道研究和渔业管理都具有借鉴意义。
【关键词】：鱼道 水力特性分析 数值模拟 FLUENT 能量损耗
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S956.3;TV135
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 鱼道水力特性的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势11-14
• 1.2.1 国外发展概况11-12
• 1.2.2 国内发展情况12-13
• 1.2.3 鱼道建设存在的问题13-14
• 1.3 数值计算在水利工程中的应用14-16
• 1.3.1 概述14
• 1.3.2 鱼道数值模拟简介14-16
• 1.4 本文研究工作的主要内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 鱼道的水力特性研究18-32
• 2.1 鱼道等过鱼设施的必要性18
• 2.2 鱼类游泳能力研究18-21
• 2.2.1 概述18-19
• 2.2.2 鱼类游泳能力研究19
• 2.2.3 鱼类游泳特性与鱼道设计关系19-21
• 2.3 鱼道设计基本理论21-27
• 2.3.1 鱼道设计的基本原则21
• 2.3.2 鱼道形式的类型21-22
• 2.3.3 不同鱼道类型的特征22-27
• 2.4 鱼道的水力特性分析27-31
• 2.4.1 鱼道设计相关的主要水力学因素27
• 2.4.2 竖缝式鱼道的水力特性参数27-30
• 2.4.3 池式鱼道的水力特性参数30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 数值计算原理及紊流模型基本理论32-41
• 3.1 数值计算原理32-34
• 3.1.1 数值计算基本简介32
• 3.1.2 流体流动的基本控制方程32-33
• 3.1.3 数值计算的求解方法33-34
• 3.2 紊流数值模拟基本理论34-38
• 3.2.1 紊流数值模拟34
• 3.2.2 紊流数值模拟方法34-35
• 3.2.3 紊流模型基本控制方程35-38
• 3.3 自由水面模拟38-40
• 3.3.1 对称性边界38
• 3.3.2 标高函数法38-39
• 3.3.3 MAC法39
• 3.3.4 体积分率法(VOF法)39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 FLUENT简介及明渠流模型验证41-60
• 4.1 FLUENT简介41-42
• 4.2 某表孔溢洪洞泄流消能试验研究42-53
• 4.2.1 工程概况42
• 4.2.2 表孔溢洪洞水力学计算42-43
• 4.2.3 表孔溢洪洞水工模型试验43-47
• 4.2.4 表孔溢洪洞水力特性试验结果47-53
• 4.3 表孔溢洪洞数值模型验证53-59
• 4.3.1 数学模型的建立53-54
• 4.3.2 边界条件及初始化54
• 4.3.3 模拟结果验证54-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 鱼道数值分析及鱼体上溯能力研究60-76
• 5.1 数学模型建立60-61
• 5.2 数值计算方法61-64
• 5.2.1 控制方程式61-62
• 5.2.2 自由液面与底面边界条件62-63
• 5.2.3 控制方程的离散及收敛63
• 5.2.4 边界条件设定63-64
• 5.3 同侧竖缝式鱼道模拟结果64-67
• 5.3.1 鱼道内部流态64
• 5.3.2 鱼道内部流速场64-67
• 5.4 异侧竖缝式鱼道模拟结果67-71
• 5.4.1 鱼道内部流态67-68
• 5.4.2 鱼道内部流速场68-71
• 5.5 鱼体上溯行进能力研究71-75
• 5.5.1 上溯能力理论基础71
• 5.5.2 上溯路径及鱼种选择71-75
• 5.6 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘志雄;岳汉生;王猛;;同侧导竖式鱼道水力特性试验研究[J];长江科学院院报;2013年08期

2 周世春;;美国哥伦比亚河流域下游鱼类保护工程、拆坝之争及思考[J];水电站设计;2007年03期

3 董志勇;冯玉平;Alan Ervine;;异侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究[J];水力发电学报;2008年06期

4 包莉;安瑞冬;;竖缝式鱼道的弯道布置与结构形式研究[J];水电站设计;2012年03期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 孙双科;邓明玉;李英勇;;北京市上庄新闸竖缝式鱼道的水力设计研究[A];第三届全国水力学与水利信息学大会论文集[C];2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王猛;仿生态型鱼道水力特性初步研究[D];长江科学院;2014年

  本文关键词：三维鱼道水力特性及鱼体上溯行进能力数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：414350