分洪闸闸前水力特性数值模拟研究

发布时间：2017-09-19 03:05

  本文关键词：分洪闸闸前水力特性数值模拟研究

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【摘要】：随着计算机应用技术的发展,以电子计算机和专业软件为手段,建立仿真数学模型并通过数值计算的数值模拟方法应运而生。采用数值模拟计算将会大幅减少物理模型试验工作量,并且能方便地进行方案比较,尤其可对于需要重点研究的部分分析。分洪闸运行工况复杂多变,进口流态十分复杂,设计失当不仅影响分洪能力,还可能产生漩涡回流危害建筑物安全稳定。本文利用Fluent软件,选用RNGκ-ε湍流模型及几何重构的VOF法进行数值模拟,研究进洪角度、分流比对分洪效果的影响,并对进洪通道与河道主流垂直布置这种侧向进洪方式进行分洪口门型式研究。研究表明：1.分流比随进洪角增大减少,且小进洪角时分流比变化较小,大进洪角时分流比下降明显；2.分洪时闸前河面存在七个水力特性区域：流速稳定区、加速区、回流区、螺旋流进区、减速扩散区、滞流后螺旋区和滞流区；3.分流比愈大引渠内流速分布愈均匀,回流区愈小,但分流比越大,河流泥沙越容易进入分洪口,堵塞分洪道,影响进洪；进洪角越大,河道内横向环流形成速度越快,强度越强；4.随着进洪角增大,引渠内进洪主流向左侧偏移,右侧低速区范围扩大,横向环流逐渐被削弱,水体分层现象也逐渐消失；河道平面流速分布随进洪角变化不大,基本符合明渠水体的流动特征；5.分洪口宜选为喇叭口型式,且口门尺寸越大,整流效果愈好,入闸水流愈均匀,但闭闸期间较宽的口门意味着更强的回流强度及更大的回流区长度,不利于防淤。最后,选用雷洛应力模型对东大圩分洪闸分洪过程进行数值模拟,比较物理模型测量数据同模拟计算在：开度流量关系、闸孔流速分布、闸前及闸下流速流态情况的差异。证明数值模型、数值计算方法基本合理。
【关键词】：分洪闸 分流比 进洪角 水力特性 三维数值模拟
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV135
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 研究意义16-21
• 1.2.1 分洪闸水力特性16-17
• 1.2.2 水力特性模拟研究综述17-21
• 1.3 本文主要研究内容21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 紊流数值模拟的理论与计算方法22-34
• 2.1 流体动力学控制方程22-24
• 2.1.1 质量守恒定律22
• 2.1.2 动量守恒定律22-23
• 2.1.3 紊流控制方程23
• 2.1.4 控制方程通用形式23-24
• 2.2 紊流模型24-29
• 2.2.1 雷诺时均方程24-29
• 2.3 常用离散分析方法29
• 2.4 FLUENT运用处理29-33
• 2.4.1 压力-速度耦合关系的处理30-31
• 2.4.2 边界条件31-32
• 2.4.3 自由面的处理32-33
• 2.4.4 收敛性判断准则33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 分洪闸不同进洪角度的数值计算与分析34-60
• 3.1 数学模型34-36
• 3.1.1 模型设计及网格划分34-35
• 3.1.2 湍流模型35
• 3.1.3 自由表面处理及边界条件设定35-36
• 3.2 不同进洪角度的模拟分析36-53
• 3.2.1 进洪角对分流比的影响36
• 3.2.2 不同进洪角的分洪流态分析36-53
• 3.3 进洪角为90°时不同分流比对进口流态的影响53-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 分洪口口门型式对分洪效果的影响分析60-66
• 4.1 进洪时不同口门型式的水力特征60-63
• 4.1.1 引渠流速均匀度60-61
• 4.1.2 进洪流态分析61-63
• 4.2 闭闸时闸前不同引渠长度各口门型式时水力特征63-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 分洪闸分洪过程数值模拟的试验验证66-73
• 5.1 工程概况66
• 5.2 物理模型66
• 5.3 数学模型66-67
• 5.4 模拟结果分析67-72
• 5.4.1 分洪流量验证68
• 5.4.2 过闸流速验证68
• 5.4.3 流场分析68-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况79

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本文编号：879110