水力因素对明渠糙率影响的三维数值模拟研究

发布时间：2021-01-31 06:26

　　n被称为曼宁粗糙系数,它是一个能够反映壁面粗糙程度,渠槽形状及水力条件等多种因素影响的综合水力摩阻系数。在明渠水力计算中,糙率系数是一个十分重要且敏感的参数,全面认识其特性及变化规律对于合理确定糙率值具有重大意义。以往对糙率的研究多采用物理模型试验或原型观测的方法,由于耗费大、数据范围难以控制,因此对糙率系数的研究还不充分。鉴于此,本文在分析总结国内外学者对明渠糙率已有研究成果的基础上,采用数值模拟的方法,利用FLUENT中提供的三维标准湍流k-ε模型,研究了弗劳德数、渠底坡度、宽深比等水力要素对明渠均匀流糙率系数的影响,以及非均匀流糙率系数随相对水深的变化规律,主要研究结果如下:（1）在同一粗糙床面及流量下,糙率系数随着弗劳德数的变化规律与流态相关。缓流时,糙率系数随弗劳德数的增加速率较快;急流时,糙率系数随弗劳德数的增加速率较慢。与此同时,在相同流量下,当弗劳德数较小时,糙率系数主要随弗劳德数发生变化,而床面粗糙高度的影响很小;当弗劳德数较大时,糙率系数值主要随床面粗糙高度发生变化,弗劳德数的影响较小。对于不同的粗糙床面明渠均匀流,糙率系数与Fr/（?）都具有一致的相关性,且糙率随... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 糙率系数的取值方法及国内外研究现状
        1.2.1 糙率系数的取值方法
        1.2.2 糙率的国内外研究概况
    1.3 本文研究内容
第二章 数值模拟理论基础及方法
    2.1 紊流数学模型
        2.1.1 零方程模型
        2.1.2 单方程模型
        2.1.3 双方程模型
        2.1.4 雷诺应力模型
        2.1.5 大涡模拟
    2.2 离散化方法
        2.2.1 有限差分法（FDM）
        2.2.2 有限元法（FEM）
        2.2.3 有限体积法（FVM）
        2.2.4 有限分析法（FAM）
    2.3 自由液面追踪方法
        2.3.1 刚盖假定法
        2.3.2 标高函数法
        2.3.3 网格标记法
        2.3.4 VOF法
    2.4 Fluent简介
    2.5 本章小结
第三章 明渠水流数学三维模型的建立及验证
    3.1 数学模型的建立
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 边界条件
        3.1.3 模型求解
    3.2 数学模型的验证
        3.2.1 Nikuradse实验验证
        3.2.2 T. Song实验验证
    3.3 本章小结
第四章 明渠均匀流数值模拟及糙率研究
    4.1 数值计算
        4.1.1 计算水力条件
        4.1.2 计算结果
    4.2 结果分析
        4.2.1 糙率系数n与弗劳德数Fr的关系
        4.2.2 糙率系数n与底坡i的关系
        4.2.3 糙率系数n与Fr/（?）的关系
        4.2.4 糙率系数n与宽深比B/h的关系
        4.2.5 糙率系数的公示拟合
    4.3 本章小结
第五章 明渠非均匀流数值模拟及糙率研究
    5.1 非均匀流糙率计算方法
    5.2 数值计算
    5.3 相对底壁切应力与相对水深的关系拟合
    5.4 相对糙率系数与相对水深的关系拟合
    5.5 非均匀流糙率系数修正的应用
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]壅水情况下非均匀流糙率系数研究[J]. 张小峰,杨雯婷,陈建良,卢新华.  泥沙研究. 2014(05)
[2]底坡对人工渠道糙率影响的试验[J]. 赵锦程,邱秀云,杜利霞,惠康,陈超.  水利水电科技进展. 2013(06)
[3]引洮供水一期工程总干渠糙率原型观测（2）——糙率原型观测结果及经济效益[J]. 吕宏兴,路泽生,栾维功,把多铎,李建雄,杨岑.  长江科学院院报. 2010(02)
[4]引洮供水一期工程总干渠糙率原型观测（1）——研究方法与水位、流量监测[J]. 吕宏兴,杨岑,路泽生,栾维功,把多铎,李建雄.  长江科学院院报. 2009(12)
[5]糙率对感潮河段水位预报的影响[J]. 张小琴,包为民.  水文. 2009(03)
[6]湍流模型的发展及其研究现状[J]. 陈永辉,王强,朴明波.  能源与环境. 2009(02)
[7]河道糙率问题研究进展[J]. 张小琴,包为民,梁文清,黄琳煜.  水力发电. 2008(06)
[8]窄深矩形断面明渠流速分布的研究[J]. 胡云进,万五一,蔡甫款,毛根海,谢放.  浙江大学学报(工学版). 2008(01)
[9]光滑壁面明渠底壁切应力试验研究[J]. 陈小芳,何建京.  河海大学学报(自然科学版). 2007(06)
[10]南水北调典型宽浅渠道糙率系数研究[J]. 马吉明,史哲.  水力发电学报. 2007(05)

博士论文
[1]明渠非均匀流糙率系数及水力特性研究[D]. 何建京.河海大学 2003

硕士论文
[1]直角交汇明渠水流二维数值模拟[D]. 谭柱林.华北电力大学 2012
[2]明渠均匀流糙率系数及紊动特性试验研究[D]. 杨岑.西北农林科技大学 2010
[3]明渠弯道三维水流数值模拟研究[D]. 冯丽华.扬州大学 2007



本文编号：3010367