尾矿库排水系统水工模型试验及数值模拟

发布时间：2017-08-15 13:10

  本文关键词：尾矿库排水系统水工模型试验及数值模拟

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【摘要】：近年来,我国尾矿库数量不断增多,整体安全问题依然较为严峻,尾矿库安全事故时有发生,对当地经济、环境和人民生命财产安全造成巨大的损失。相关统计表明,尾矿库排水系统的泄流能力不足或排洪失效是引起尾矿库安全事故的主要原因。目前国内外对尾矿库的研究多集中在环保、坝体稳定和渗流等方面,而对排水系统的研究较少。本文以河北省某尾矿库排水系统为背景,采取正态水工模型试验辅以数值模拟的方法对其泄流能力、水流流态等进行研究,为相关部门的设计、管理提供参考。水工模型试验是在按一定比尺缩小的模型中复演与原型相似的水流,进行水工建筑物各种水力学问题研究的试验技术。本文按照重力相似准则构建正态水工模型,主要试验内容包括:(1)确定满足选矿厂所需回水量的排水井拱板封堵高程。(2)量测排水系统的泄流流量,判断能否通过所需最大泄流量。(3)观察正常工况和洪水工况下系统内水流流态,判定是否存在不良流态,并讨论不良流态出现的位置及可能造成的危害。(4)量测排水系统各段水流流速,判断是否会对排水系统边壁产生冲刷破坏。相比水工模型试验,计算流体力学(CFD)方法具有成本低廉、省时高效、数据全面、应用广泛等优点,近年迅速发展起来并应用到实际工程中。目前在尾矿库排水系统的设计、研究中,CFD应用尚不广泛。本文对CFD主要流体控制方程、离散化方法、边界条件、自由液面模拟技术等方面进行了阐述,并在水工模型试验的基础上,建立尾矿库排水系统特征部位的三维数值模型,模拟其水流流态。经对比,计算结果与试验结果吻合较好,表明CFD在尾矿库排水系统研究中的应用是可行的。
【关键词】：尾矿库 排水系统 水工模型试验 计算流体力学 数值模拟
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD926.4;TV649
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 尾矿库概述9-10
• 1.1.1 尾矿库概念9
• 1.1.2 我国尾矿库现状和特点9-10
• 1.2 尾矿库安全和排水系统重要性10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.4 本文主要工作13-14
• 第二章 模型试验设计与制作14-35
• 2.1 工程概况14-22
• 2.1.1 基本设计情况14
• 2.1.2 尾矿库排水系统14-22
• 2.2 试验设计理论22-28
• 2.2.1 水工模型试验简述22
• 2.2.2 相似理论22-28
• 2.3 模型设计28-33
• 2.4 模型制作33-35
• 第三章 模型试验及成果分析35-69
• 3.1 拱板封堵高程的确定35-36
• 3.1.1 堆积标高为 610.00 m时拱板封堵高程35
• 3.1.2 堆积标高为 820.00 m时拱板封堵高程35-36
• 3.2 泄流流量36-38
• 3.3 水流流态38-64
• 3.3.1 堆积标高为 610.00 m时水流流态38-45
• 3.3.2 堆积标高为 820.00 m时水流流态45-64
• 3.4 水流流速64-66
• 3.4.1 堆积标高为 610.00 m时水流流速64
• 3.4.2 堆积标高为 820.00 m时水流流速64-66
• 3.5 体型优化措施66-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第四章 排水系统数值模拟的理论概述69-76
• 4.1 计算流体力学概述69-70
• 4.2 流体动力学控制方程70-71
• 4.2.1 质量守恒方程70-71
• 4.2.2 动量守恒方程71
• 4.3 湍流模型71-74
• 4.3.1 湍流理论71-72
• 4.3.2 湍流的控制方程72-73
• 4.3.3 湍流的数值模拟方法73-74
• 4.4 控制方程的离散化74
• 4.5 自由液面模拟技术74-76
• 第五章 排水系统数值模拟结果及分析76-92
• 5.1 数值模型建立76
• 5.2 排水井入流模拟76-79
• 5.3 竖井水流模拟79-87
• 5.3.1 P9号竖井水流模拟79-83
• 5.3.2 P10号竖井水流模拟83-87
• 5.4 P2弯折段水流模拟87-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第六章 结论与展望92-94
• 6.1 结论92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-97
• 致谢97-98
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文98

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本文编号：678332