蜀河水电站水工模型试验和航运坝段三维数值模拟

发布时间：2017-09-19 20:38

  本文关键词：蜀河水电站水工模型试验和航运坝段三维数值模拟

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【摘要】：水能是自然界赋予我们人类最宝贵的可再生能源。随着我国经济的快速发展,对电能的需求量也越来越大。2005年之前我国的水电事业迅速发展,其水电的发电量平均七年就翻一倍,水电站的数量和规模也越来越大。在水电站的设计过程中,对泄水建筑物水力特性的研究主要是依靠水工模型试验和数值模拟两种方法。水工模型试验方法其过程与实际水流更加接近,得到的实测数据也比较可靠;数值模拟方法速度快、适应性强、花费少,且便于设计方案的比较。因此,水工模型试验和数值模拟计算的结合就成为研究水利工程中泄流问题的重要方法。本文以蜀河水电站工程为研究对象,利用CATIA软件建立了数值模拟区域的三维模型图;利用ANSYS ICEM采用非结构化网格进行了网格划分;在FLUENT软件中以标准的k—ε湍流模型,采用VOF法追踪自由液面,对航运坝段进行了数值模拟分析。主要结论如下:(1)通过对航运坝段的三维数值模拟得到了在校核工况、20年一遇工况和常遇洪水三种工况下的泄流能力、过流建筑物内的水流现象和水流结构,并与水工模型试验的实测数据进行了对比分析,结果表明数值模拟数据和水工模型试验的实测数据较相符。说明数值模拟的计算结果可信,可以为实际工程建设提供一些指导性的建议。(2)通过数值模拟计算得出航运坝段下游排架分别在校核工况、20年一遇工况和常遇洪水工况下升船机排架的四面所承受的动水压力以及分布规律。
【关键词】：数值模拟 紊流模型 水工模型试验 VOF方法 动水压力
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV131.61
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究的背景、目的和意义9-10
• 1.1.1 研究背景9
• 1.1.2 研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究进展10-11
• 1.3 主要研究内容11
• 1.4 主要研究方法11-14
• 1.4.1 物理模型试验方法11-12
• 1.4.2 数值模拟方法12-14
• 第二章 水工模型试验14-34
• 2.1 工程概况14
• 2.2 基础资料14-15
• 2.3.模型设计及制作15-19
• 2.4.水工模型试验结果及分析19-33
• 2.4.1 枢纽泄流能力率定19-20
• 2.4.2 蜀河水电站枢纽上下游河道水流流态及流速分布20-28
• 2.4.3 枢纽中流速分布28
• 2.4.4 枢纽下游河床冲刷形态28-30
• 2.4.5 枢纽中泄洪闸水面线30-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 应用软件和紊流数值计算理论34-40
• 3.1 应用软件34-35
• 3.1.1 前处理软件34-35
• 3.1.2 求解软件35
• 3.1.3 后处理软件35
• 3.2 数学描述35-37
• 3.2.1 湍流的特征35-37
• 3.2.2 方程的离散37
• 3.3 边界条件的设置37-39
• 3.3.1 流动进口边界条件38
• 3.3.2 流动出口边界条件38
• 3.3.3 壁面边界条件38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 航运坝段三维数值模拟及分析40-59
• 4.1 三维建模42-44
• 4.1.1 计算区域确定43-44
• 4.2 网格划分及数值模拟计算44-45
• 4.2.1 网格划分44-45
• 4.2.2 计算方法及边界条件45
• 4.3 计算结果对比及分析45-58
• 4.3.1 泄流能力46
• 4.3.2 水流流态46-47
• 4.3.3 水面线47-52
• 4.3.4 压力分布52-53
• 4.3.5 流速分布53-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 结论与展望59-60
• 5.1 本文研究成果59
• 5.2 研究的不足之处59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 作者简介64

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本文编号：883854