齿墩长度对齿墩状内消能工水力特性影响的数值模拟

发布时间：2017-06-16 12:07

  本文关键词：齿墩长度对齿墩状内消能工水力特性影响的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿墩状内消能工是新提出的一种内消能工形式，相对于传统的内消能工，其既保证了较大的过流能力，又保证了一定的消能率，是一种很有潜力的内消能工，对其研究意义重大。前期已对此内消能工形式的水力特性进行了物理模型试验，分析了齿墩数目以及面积收缩比对其消能特性、压强特性及流速特性的影响，本文在此基础上，采用目前广泛应用的紊流数值模拟计算软件包—Fluent软件对其进行数值模拟研究，分析了不同齿墩长度对齿墩状内消能工的水头损失系数、消能率、壁面时均压强系数沿程分布规律、断面压力云图分布以及流速矢量分布的影响，通过分析得出的主要结论如下： 1.不同流量下，不同齿墩长度的齿墩状内消能工的水头损失系数相差不大，，变化规律大致相同，可见流量对水头损失系数的影响不大。 2.在相同流量下，水头损失系数大约在1.37～1.63之间变化，说明齿墩段相对长度η（η为齿墩长度L与圆管直径D的比值）对水头损失系数的影响不大。当η=0.5时，水头损失系数最小，其消能率最低；而当η=0.1时，水头损失系数最大，其消能率最高。 3.在所研究的流量及η范围内，当η一定时，随着管道内流量的增大，齿墩状内消能工的消能率也增大。 4.同一流量下，随着η的增大，消能率先是降低，再上升，随后逐渐趋于稳定。流量越大，消能率的降低幅度越大，降低幅度在14%到25%之间。当η为0.5时，消能率达到了最小值。 5.不同齿墩长度的齿墩状内消能工的壁面时均压强系数沿程的变化规律大体一致，都是在齿墩段前相对稳定，在齿墩进口处骤然下降，在齿墩段内保持缓慢下降趋势，最小值出现在齿墩出口的位置处，然后在齿墩段后逐渐上升，直到恢复到稳定状态。 6.不同齿墩长度的齿墩状内消能工的纵剖面压力云图分布情况大体一致，压强在水流将要进入齿墩段时出现紊乱，在齿墩正前方靠近边壁直角区域存在高压区，而在齿墩进口处水流压强减小，压强最小点出现在距齿墩段进口约0.1D处，在突缩段两侧均出现低压区，且沿上下边壁对称分布，齿墩段内压强分布均匀，在齿墩正后方靠近边壁直角区域存在低压区，且整个计算区域未出现负压，空化特性良好，随着Z/D（Z为沿管轴线方向）的继续增加，压力又渐渐恢复了均匀。 7.在齿墩段前的突缩区域,流线出现强烈的弯曲变形，流线受到迅速挤压,流速显著增大。进入齿墩段后,流线变密,数值增大，随后进入突扩段,流速在齿墩正后方靠近边壁的直角区域与管道中心部分的主流束之间形成分离区和回流区，随着Z/D的继续增加,断面流速又渐渐恢复了均匀。 8.齿墩长度的变化对低压回流区影响不大，随着η的增加，低压回流区的长度略微变短。
【关键词】：齿墩状内消能工 齿墩长度 消能特性 压强特性 流速特性
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV653
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究的背景及意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 内消能工的研究意义11-12
• 1.2 紊流数值模拟研究12-14
• 1.3 内消能工的研究现状14-17
• 1.4 研究方法17
• 1.5 研究内容17-19
• 第二章 紊流数学模型的理论基础19-23
• 2.1 FLUENT 软件介绍19-20
• 2.2 模拟范围和网格划分20-21
• 2.3 基本方程及边界条件的设定21-23
• 第三章 数学模型的验证23-30
• 3.1 试验装置23-24
• 3.2 测点布置及测量设备24-27
• 3.2.1 压力测点布置及测量24-26
• 3.2.2 流速测点布置及测量26-27
• 3.3 数学模型的验证27-30
• 第四章 数模计算结果及分析30-51
• 4.1 计算工况30-32
• 4.2 消能特性分析32-36
• 4.2.1 水头损失系数32-34
• 4.2.2 消能率34-36
• 4.3 压力特性分析36-46
• 4.3.1 管道壁面压强沿程分布36-42
• 4.3.2 断面压力分布云图42-46
• 4.4 流速特性分析46-51
• 4.4.1 流场理论分析46
• 4.4.2 断面流速矢量图46-51
• 第五章 结论与展望51-53
• 5.1 结论51-52
• 5.2 展望52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 攻读学位期间发表的学术论文目录58
• 1、攻读硕士期间参加的科研项目58
• 2、攻读硕士期间发表的论文58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 尹则高;拾兵;史宏达;孙东坡;;洞塞式泄洪的数值模拟[J];北京工业大学学报;2008年08期

2 董兴林,郭军,杨开林,胡孟;高水头大流量泄洪洞内消能工研究进展[J];中国水利水电科学研究院学报;2003年03期

  本文关键词：齿墩长度对齿墩状内消能工水力特性影响的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：455330