闸孔出流与平面冲击射流的水力要素对边界变形响应研究
发布时间：2021-09-06 19:48
在自然界与工程技术中,流动的边界总是或多或少地存在一定的变形。精细模拟边界变形过程；研究流动特征量对边界变形的响应是水力学与河流动力学领域的一项重要研究内容。闸孔出流与平面冲击射流是水利、交通等领域存在的一种实际流动,虽然迄今为止人们已通过实验、数值计算等对其进行过众多的研究,但研究成果要么只关心边界变形过程；要么仅关注流场特征,尚未对边界变形过程中流动水力要素的相应调整进行系统全面的研究。有鉴于此,本文以前人对闸孔出流与平面冲击射流的系列实验成果为基础,通过理论分析与数值模拟对其进行了研究,所得主要成果如下：（1）以明渠流总流机械能方程为基础,提出了闸孔出流急变流段及随后渐变流段的总流机械能损失计算方法。（2）采用雷诺应力模式封闭雷诺时均方程；采用壁函数修正反映边界变形段散粒体对流动的作用,运用以上技术对闸孔出流进行了精细模拟。根据计算成果分别分析了急变流与渐变流段的时均流速、时均压强、紊动能、壁面时均切应力等水力要素的变化特点；获得了闸孔淹没出流过程中流量、总流机械能损失等特征量对边界变形的相应特性,研究成果表明：1)流量对边界变形的响应很微弱,但随着边界的变形总流的机械能损失是逐...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１闲孔出流的概化图??在闹孔出流实验研宄方面，人们主要关注其泄流能力与局部冲刷变形过程；??
顾名思义，当入射角０?＝?９０°时，平面冲击射流称为“垂向冲击射流”；当??入射角度０。＜?（９?＜?９０°时，平面冲击射流称为“斜向冲击射流”。??平面冲击射流广泛存在于工程实际中，也常常被应用于工程中。如图１．２所??示，“挑流消能”的入水段可概化为“斜向冲击射流”。??Ｉ?挑流水舌??冲刷坑??图１．２平面紊动射流示意图??同时，射流冲刷技术的应用己滲透众多领域，国内外学者通过实验研究、数??值模拟和理论分析等方法对其进行了研究。如：平面冲击射流??５??
冲击射流两种流体运动形式入手，分别对其研宄现状加以阐述。??１．２．２．１垂向冲击射流??如图１．３所示，在垂向冲击射流的条件下，水流经喷嘴喷射之后，对河床底??部不断冲刷并致使冲刷坑及其后的堆积体形成，且随冲刷时间的发展而不断调整??并趋于稳定；冲击坑壁面又反作用于水流，影响整个流场。与此同时，水流从喷??嘴向最大冲深点运动的过程中出现射流卷吸现象，并且在冲刷坑及随后堆积体附??近形成回流。由此可以看出：冲刷坑内流场也随时间不断变化调整；垂向冲击射??流是流体运动中一种普遍且复杂的流动，其涉及射流水体运动及射流引起的床面??变形两大方面。??对称Ｐ???＾?自由水面?１?Ｉ?Ｉ?自由水面?＾???＿流向?‘?ｂ??Ｉ?流向＿??ｊ?敗粒体．ｉｎ界??图１．３垂向冲击射流概化图??垂向冲击射流主要应用于疏凌与河道清游，主要涉及河流动力学，与水力学??和流体力学密切相关。因此，下面分别从工程水力学和流体力学二个角度分别对??其国内外研究现状进行研究。??从工程水力学的角度来看，人们主要关注垂向冲击射流引起的局部冲刷，主??要从实验方面进行了研究。如：在不同喷嘴流速、喷嘴直径和高度的情况下
【参考文献】：
期刊论文
[1]The mechanical energy equation for total flow in open channels[J]. 刘士和,范敏,薛娇. Journal of Hydrodynamics. 2014(03)
[2]The calculation of mechanical energy loss for incompressible steady pipe flow of homogeneous fluid[J]. 刘士和,薛娇,范敏. Journal of Hydrodynamics. 2013(06)
[3]TURBULENT FLOWS AROUND SAND DUNES IN ALLUVIAL RIVERS[J]. LIU Shi-he,YIN Shu-ran College of Water Resource and Hydropower,Wuhan University,Wuhan 430072,China GUO Wei Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China. Journal of Hydrodynamics. 2010(01)
[4]复式明渠水流运动的数值模拟[J]. 刘士和,黄伟,罗秋实. 武汉大学学报(工学版). 2006(06)
[5]用改进的Delaunay三角化方法生成二维非结构网格[J]. 刘士和,罗秋实,黄伟. 武汉大学学报(工学版). 2005(06)
本文编号：3388067
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１闲孔出流的概化图??在闹孔出流实验研宄方面，人们主要关注其泄流能力与局部冲刷变形过程；??
顾名思义，当入射角０?＝?９０°时，平面冲击射流称为“垂向冲击射流”；当??入射角度０。＜?（９?＜?９０°时，平面冲击射流称为“斜向冲击射流”。??平面冲击射流广泛存在于工程实际中，也常常被应用于工程中。如图１．２所??示，“挑流消能”的入水段可概化为“斜向冲击射流”。??Ｉ?挑流水舌??冲刷坑??图１．２平面紊动射流示意图??同时，射流冲刷技术的应用己滲透众多领域，国内外学者通过实验研究、数??值模拟和理论分析等方法对其进行了研究。如：平面冲击射流??５??
冲击射流两种流体运动形式入手，分别对其研宄现状加以阐述。??１．２．２．１垂向冲击射流??如图１．３所示，在垂向冲击射流的条件下，水流经喷嘴喷射之后，对河床底??部不断冲刷并致使冲刷坑及其后的堆积体形成，且随冲刷时间的发展而不断调整??并趋于稳定；冲击坑壁面又反作用于水流，影响整个流场。与此同时，水流从喷??嘴向最大冲深点运动的过程中出现射流卷吸现象，并且在冲刷坑及随后堆积体附??近形成回流。由此可以看出：冲刷坑内流场也随时间不断变化调整；垂向冲击射??流是流体运动中一种普遍且复杂的流动，其涉及射流水体运动及射流引起的床面??变形两大方面。??对称Ｐ???＾?自由水面?１?Ｉ?Ｉ?自由水面?＾???＿流向?‘?ｂ??Ｉ?流向＿??ｊ?敗粒体．ｉｎ界??图１．３垂向冲击射流概化图??垂向冲击射流主要应用于疏凌与河道清游，主要涉及河流动力学，与水力学??和流体力学密切相关。因此，下面分别从工程水力学和流体力学二个角度分别对??其国内外研究现状进行研究。??从工程水力学的角度来看，人们主要关注垂向冲击射流引起的局部冲刷，主??要从实验方面进行了研究。如：在不同喷嘴流速、喷嘴直径和高度的情况下
【参考文献】：
期刊论文
[1]The mechanical energy equation for total flow in open channels[J]. 刘士和,范敏,薛娇. Journal of Hydrodynamics. 2014(03)
[2]The calculation of mechanical energy loss for incompressible steady pipe flow of homogeneous fluid[J]. 刘士和,薛娇,范敏. Journal of Hydrodynamics. 2013(06)
[3]TURBULENT FLOWS AROUND SAND DUNES IN ALLUVIAL RIVERS[J]. LIU Shi-he,YIN Shu-ran College of Water Resource and Hydropower,Wuhan University,Wuhan 430072,China GUO Wei Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China. Journal of Hydrodynamics. 2010(01)
[4]复式明渠水流运动的数值模拟[J]. 刘士和,黄伟,罗秋实. 武汉大学学报(工学版). 2006(06)
[5]用改进的Delaunay三角化方法生成二维非结构网格[J]. 刘士和,罗秋实,黄伟. 武汉大学学报(工学版). 2005(06)
本文编号：3388067
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