反弧式跌坎底流消能工的FLUENT数值模拟研究

发布时间：2017-06-11 07:06

  本文关键词：反弧式跌坎底流消能工的FLUENT数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：跌坎型底流消能工是在常规底流消能工基础上发展起来的一种新型消能工,相对于常规底流消能工能有效降低消力池的临底水力学指标。在跌坎型底流消能工中,随着坎深的增大,消力池内最大临底流速降低,底板的时均动水压力减小。在高水头,泄槽角度较陡时,跌坎型底流消能工其水流冲击荷载较大,流速衰减较小,往往需要较深的跌坎,增加施工成本。但在下游水位较高及地形地质条件允许的情况下,通过反弧段将出流的角度上调,避免主流对消力池底部产生直接冲击,可以在不增加坎深的情况下,有效降低跌坎消力池的最大临底流速和底板时均动水压强。本文首先通过对跌坎型底流消能工进行三维数值模拟,再通过模拟结果与试验结果进行对比分析,验证对跌坎型底流消能工的三维数值模拟的可行性。然后利用数值模拟的方法对反弧式跌坎型底流消能工的水力特性指标进行计算。再利用水力学模型试验的方法对数值模拟的结果进行验证。最后运用数值模拟的方法单独改变反弧式跌坎型底流消能工反弧仰角进行计算,得出不同反弧仰角对跌坎型底流消能工消力池内水力特性的影响,用来指导今后相应的模型试验。本文得出的结论如下：(1)通过对跌坎型底流消能工进行三维模拟,得出三维数值模拟的方法应用于跌坎型底流消能工是可行的。(2)通过数值模拟方法对跌坎型底流消能工消力池流场进行仿真计算,得出了跌坎型底流消能工中增设反弧段能改善跌坎型消力池内水流流态和消能率。同时当流量较大时可以通过增加尾坎高度的方式来优化各项水力学指标。(3)通过水力学模型试验的方法,对反弧式跌坎型底流消能工进行测量,得出的结论和数值模拟方法相同,同时把模型试验的测量结果与模拟计算结果进行比对,从而进一步说明运用数值模拟方法研究反弧式跌坎型底流工是可行的。(4)通过数值模拟的方法,在入池流量较大的情况下,单独改变反弧式跌坎型底流消能工的入射反弧仰角和入射角度进行模拟计算,通过对计算结果进行分析,得出适当提高反弧式跌坎型底流消能工中的反弧仰角能避免主流直接冲击消力池底板,使得跌坎消力池内消能流态更好,并且能够使冲击点位置后移,且底板冲击点处的最大底板压力值减小,临底流速降低。随着入射角度的增大,跌坎消力池内水面线高度减小,冲击区底板压力值增大,临底流速增大。
【关键词】：跌坎型底流消能工 模型试验 数值模拟 反弧段 入池仰角
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV135.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 消能防冲问题的发展13-18
• 1.2.1 挑流消能工的发展13-15
• 1.2.2 底流水跃消能工的发展15-17
• 1.2.3 面流、戽流消能的发展17-18
• 1.3 反弧式跌坎型底流消能工的提出及研究意义18-21
• 1.3.1 底流消能工的应用18-19
• 1.3.2 跌坎型底流消能工的介绍19-20
• 1.3.3 反弧式跌坎型底流消能工的提出20-21
• 1.4 数值模拟在水利水电工程中的应用与研究21-23
• 1.5 本文的主要内容和研究方法23-24
• 1.6 本章小结24-26
• 第二章 跌坎型底流消能工的三维数值模拟26-44
• 2.1 引言26
• 2.2 数值模拟的理论基础26-34
• 2.2.1 FLUENT简介26-27
• 2.2.2 紊流模型在FLUENT中的应用27-30
• 2.2.3 离散化方法30-31
• 2.2.4 网格生成31
• 2.2.5 数值模拟的计算方法31
• 2.2.6 自由液面的处理方法31-32
• 2.2.7 边界条件32-34
• 2.3 数学模型的建立与网格的划分34-36
• 2.3.1 建立数学模型34-35
• 2.3.2 边界条件的设定35-36
• 2.3.3 自由水面的处理36
• 2.4 跌坎型底流消能工的模型试验36
• 2.5 数值模拟结果与模型试验结果对比分析36-42
• 2.5.1 自由水面线对比分析36-38
• 2.5.2 消力池底板压力对比分析38-39
• 2.5.3 消力池侧边墙压力对比分析39-41
• 2.5.4 消力池临底流速对比分析41-42
• 2.6 本章小结42-44
• 第三章 反弧式跌坎型底流消能工的FLUENT数值模拟44-70
• 3.1 引言44-45
• 3.2 数学模型45-46
• 3.2.1 控制方程45-46
• 3.2.2 离散方法及水面线处理方法46
• 3.3 反弧式跌坎型底流消能工水力特性分析46-61
• 3.3.1 反弧式跌坎型底流消能工的流态分析46-51
• 3.3.2 反弧式跌坎型底流消能工底板压力分布51-56
• 3.3.3 反弧式跌坎型底流消能工临底流速分析56-61
• 3.4 尾坎高度的变化对反弧式跌坎型底流消能工水力特性的作用61-68
• 3.4.1 尾坎高度对反弧式跌坎型底流消能工水流流态的作用61-63
• 3.4.2 尾坎高度对反弧式跌坎型底流消能工底板压力的作用63-66
• 3.4.3 尾坎高度对反弧式跌坎型底流消能工临底流速的作用66-68
• 3.5 本章小结68-70
• 第四章 反弧式跌坎型底流消能工的水工模型试验70-90
• 4.1 引言70
• 4.2 模型试验简介70-73
• 4.2.1 模型试验目的及测量内容70
• 4.2.2 试验模型的布置70-72
• 4.2.3 模型试验工况的拟定72-73
• 4.3 反弧式跌坎型底流消能工的水力特性分析73-82
• 4.3.1 反弧式跌坎型底流消能工水流流态分析73-76
• 4.3.2 反弧式跌坎型底流消能工底板压力的分布76-79
• 4.3.3 反弧式跌坎型底流消能工临底流速分布79-82
• 4.4 尾坎高度的变化对反弧式跌坎型底流消能工水力特性的作用82-87
• 4.4.1 尾坎高度对反弧式跌坎型底流消能工水流流态的作用82-84
• 4.4.2 尾坎高度对反弧式跌坎型底流消能工底板压力的作用84-85
• 4.4.3 尾坎高度对反弧式跌坎型底流消能工临底流速的作用85-87
• 4.5 模型试验结果与数值模拟结果的对比分析87-88
• 4.6 本章小结88-90
• 第五章 不同反弧入水仰角反弧式跌坎型底流消能工水力特性的数值模拟90-106
• 5.1 引言90
• 5.2 不同反弧入水仰角反弧式跌坎型底流消能工水力特性分析90-100
• 5.2.1 不同反弧入水仰角反弧式跌坎型底流消能工流态分析90-94
• 5.2.2 不同反弧入水仰角反弧式跌坎型底流消能工底板压力分布94-97
• 5.2.3 不同反弧入水仰角反弧式跌坎型底流消能工临底流速分布97-100
• 5.3 不同入射角度对反弧式跌坎型底流消能工水力特性的作用100-104
• 5.3.1 不同入射角度对反弧式跌坎型底流消能工流态的作用100-102
• 5.3.2 不同入射角度对反弧式跌坎型底流消能工底板压力的作用102-103
• 5.3.3 不同入射角度对反弧式跌坎型底流消能工底板临底流速的作用103-104
• 5.4 本章小结104-106
• 第六章 总结与展望106-108
• 6.1 总结106-107
• 6.2 展望107-108
• 致谢108-110
• 参考文献110-114
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目114

【参考文献】

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本文编号：441017