弧底梯形渠道无喉道量水槽数值模拟研究

发布时间：2020-07-18 21:39

【摘要】：渠道量水工作是灌区管理的基础工作。槽类量水设施是现有量水设施的研究重点,具有广泛推广的应用价值。目前我国量水槽主要针对矩形、梯形、U型渠道断面,为适应我国多数渠道断面方式和灌区管理方式,基于弧底梯形渠道特点提出了无喉道量水槽新形式,采用RNG k-ε湍流模型和VOF自由液面追踪法相耦合,对不同结构尺寸、比降的量水渠槽进行数值模拟研究,论文取得以下主要结论:(1)利用CFD技术的并行计算和工作站的高效计算,可以加快量水槽的研发效率。以U形渠道抛物线形量水槽为例验证了RNG k-ε湍流模型和VOF自由液面追踪法用于量水槽模拟的可行性。这一结果有助于将Fluent软件应用于弧底梯形渠道无喉道量水槽流场模拟,使得对量水槽流场全面、精确的数值模拟成为了可能。(2)采用RNG k-ε湍流模型和VOF自由追踪水面法相耦合,对弧底梯形渠道无喉道量水槽进行三维数值仿真,得到了水面线与流速分布纵、横向沿程变化规律,并将计算得到的量水槽流量与渠道流量对比,验证了所选数值计算模型可用于模拟预测量水槽的三维水流特性。(3)研究了弧底梯形渠道不同渠槽结构参数组合对水位流量关系的影响,结果表明,量水槽收缩比ε与渠道比降i对形成单值稳定的水位流量关系有较大的影响,随着量水槽收缩比减小、渠道尺寸增大,量水槽水位流量逐渐在较大的底坡范围内形成统一的水位流量关系。(4)研究了不同渠槽尺寸下的流量系数与流量指数的变化规律,结果表明:流量系数随着渠槽尺寸的增大而变大,流量指数则相反。流量系数与量水槽收缩比、量水槽槽宽具有较好关系,通过回归分析建立了统一的流量公式,测流公式误差值小于5%,满足明渠测流要求。(5)研究不同渠槽的结构参数组合下水头损失、弗劳德数等水力特性的变化规律,结果表明,在喉口附近量水槽扩散段内发生临界流,量水槽测流佛汝德数Fr小于0.5,随收缩比的增加而增加,随底坡的变化不大;水头损失平均占上游总水头的7.5%左右,水头损失hj随底坡变缓而减小,随收缩比减小而变大;临界淹没度S在0.78-0.89范围之间,有较宽的自由出流范围;壅水高度??随收缩比的减小而增大,随底坡的变缓而减小。初步对不同比降、渠道尺寸适宜的量水槽参数进行选型,使得槽前水头流速、水位壅高小(??5cm),对应的水头损失、测流精度好。
【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】：2015
【分类号】：S277

【参考文献】