圆形断面管道无压均匀流水力特性研究

发布时间：2020-12-27 20:41

　　圆形断面管道水力性能好,结构性能优秀,因此广泛应用于明流涵洞、城市排水管道等实际工程中。考虑到超高、排气、通风等安全因素,通常将管内水流设计为非满流,且有一定的充满度要求。圆管非满流可视为明渠水流,但目前明渠水流的研究多针对矩形断面或梯形断面,对圆形断面研究很少。圆形断面管道形状特殊,边壁双曲率影响导致其水力特性与一般明渠区别显著。圆管非满流上边界直接与大气接触,管内水流运动主要受重力驱使而非管道壁面压力,因此其水力特性较圆管有压流也复杂得多。基于计算流体力学相关理论及明渠水流已有研究成果,本文采用数值模拟的研究手段,对圆管内无压均匀紊流的水力特性进行了多方面研究。主要成果如下:通过查阅相关文献、规范及量纲分析,确定了包括管径、糙率、底坡和充满度等的影响圆管无压均匀流水力特性的主要因素;建立三维数值模型,并利用FLUENT软件进行求解,其中湍流模型采用RNG k-?模型,自由水面采用刚盖假定;利用相关文献的实测数据对模型进行了验证,结果表明吻合良好。计算结果同时也反映了圆管横断面的二次流现象,具有一定的可行性和准确性。综合分析各种工况的计算结果,对圆管内流速分布规律进行了分析研究。由于... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：162 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
    1.1 研究背景
    1.2 明渠纵向流速分布综述
        1.2.1 宽浅明渠紊流纵向流速垂向分布
        1.2.2 窄深明渠紊流中的尾流现象
        1.2.3 明渠紊流纵向流速横向分布
    1.3 明流断面流量测量方法及研究
        1.3.1 现阶段流量量测主要方法和手段
        1.3.2 基于测点流速的流量量测
    1.4 研究方法及主要内容
        1.4.1 研究方法和主要研究方向
        1.4.2 本文的主要贡献
第2章 圆形断面明流流动数值模拟方法
    2.1 概述
    2.2 影响因素及计算工况确定
        2.2.1 断面尺寸的确定
        2.2.2 粗糙系数的确定
        2.2.3 充满度的确定
        2.2.4 坡度的确定
        2.2.5 计算工况的确定
    2.3 数学模型
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 离散方法
        2.3.4 计算方法
    2.4 GAMBIT前处理
        2.4.1 几何模型建立
        2.4.2 网格划分
        2.4.3 边界条件
    2.5 模型计算
    2.6 本章小结
第3章 圆形断面明流流动数值模拟结果
    3.1 模型的可行性分析
    3.2 模型的数值模拟结果
        3.2.1 流速特性
        3.2.2 紊动特性
        3.2.3 壁面切应力
    3.3 本章小结
第4章 圆形断面明流流动数值模拟结果综合分析
    4.1 过流断面流速等值线图分析
        4.1.1 充满度对断面流速等值线图影响
        4.1.2 糙率对断面流速等值线图影响
        4.1.3 底坡对断面流速等值线图影响
        4.1.4 管径对断面流速等值线图影响
        4.1.5 断面流速等值线分布规律总结
    4.2 过流断面沿垂线纵向流速分布规律研究
        4.2.1 不同垂线纵向流速分布的特征
        4.2.2 垂线上的纵向流速分布与经典纵向流速分布公式比较
        4.2.3 纵向流速分布的垂向分区
        4.2.4 纵向流速垂向分布规律总结
    4.3 过流断面最大流速点位置研究
        4.3.1 最大流速点垂向位置的横向分布
        4.3.2 最大流速点垂向位置的影响因素
        4.3.3 最大流速点位置分布规律总结
    4.4 过流断面纵向流速横向变化规律研究
        4.4.1 垂线平均流速横向变化规律
        4.4.2 同一水深质点纵向流速的横向变化规律
        4.4.3 纵向流速横向分布规律总结
    4.5 流速、流量随充满度非单调性变化现象研究
        4.5.1 现象描述
        4.5.2 原因探讨
    4.6 水面中心点流速与断面平均流速变化关系探究
        4.6.1 流速比随充满度变化的一般规律探究
        4.6.2 流速比随管径变化的一般规律探究
        4.6.3 流速比随糙率变化的一般规律探究
        4.6.4 流速比随底坡变化的一般规律探究
        4.6.5 统一公式探讨
        4.6.6 平均流速与表面中心点流速对应关系总结
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 问题和展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]窄深式矩形明渠紊流流速分布规律研究[J]. 谭显文,王正中,赵延风,赵春龙,高歌.  四川大学学报(工程科学版). 2013(06)
[2]非接触式明渠水流监测技术的发展现状[J]. 徐立中,张振,严锡君,王慧斌,王鑫.  水利信息化. 2013(03)
[3]U形渠道流速分布特性分析与试验[J]. 杨士红,韩金旭,彭世彰,韩栋.  农业机械学报. 2012(11)
[4]基于Fluent的明渠水流三维数值模型验证[J]. 鲁婧,王向东,关见朝,王昭艳.  科学技术与工程. 2012(32)
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[7]圆形断面明渠非恒定流研究探讨[J]. 赵亭.  才智. 2011(01)
[8]明渠均匀流垂线流速分布规律研究[J]. 赵明登,槐文信,李泰儒.  武汉大学学报(工学版). 2010(05)
[9]梯形断面明渠流速分布的研究[J]. 胡云进,郜会彩,耿洛桑,蔡甫款.  浙江大学学报(工学版). 2009(06)
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硕士论文
[1]U形渠道断面流速分布规律及水力特性试验研究[D]. 李晋琴.西北农林科技大学 2014
[2]明渠流量测量方法及装置研究[D]. 王成李.中国计量学院 2014
[3]新型双层排水管道下层管道的水力计算和特性研究[D]. 梁团团.重庆大学 2013
[4]U形渠道流速分布规律及测流技术研究[D]. 雒天峰.西北农林科技大学 2006
[5]明渠流量测量的关键技术研究[D]. 蔡甫款.浙江大学 2006



本文编号：2942451