阻塞式水平旋流泄洪洞强剪切两相流的数值模拟研究

发布时间：2022-09-17 11:09

　　在水平旋流洞末端增加先收缩后扩散设施,能够对旋流洞段的水流起到明显的增压减速作用,同时泄洪洞的整体消能率也能大幅提升。然而,对于这种新型的阻塞式水平旋流泄洪洞,旋转与扩散形成的强剪切水气混掺两相流的研究还未成熟。本文依托国家自然科学基金面上项目——"旋流阻塞与旋流扩散复合内消能工强剪切两相流水力特性研究”,对阻塞扩散段的水气两相流进行了较细致的数值模拟研究,采用Realizable k-ε双方程紊流模型和Mixture两相流模型进行模拟。主要研究成果如下:（1）对水气两相流的数值模拟方法进行了细致的研究与讨论,选择了一套适用于本文强旋转水气两相流流动的模拟条件。（2）对阻塞扩散段两相流基本水力特性的变化规律进行了描述和分析,包括:流态,空腔直径,压强,流速,紊动能及耗散率。（3）阻塞式水平旋流泄洪洞的总消能率可达到80%以上,其中,本文研究的阻塞扩散段及导流洞前段的消能率几乎占总消能率的一半,消能效果明显。（4）在扩散段和导流洞前段的负压范围内,水流空化数较小,存在发生空化的风险,但该段水流为水气两相流,掺气充分而均匀,空蚀破坏的可能性将大大降低。（5）通过分析流态、流速及掺气浓度,认... 

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 水平旋流泄洪洞的研究进展
    1.3 阻塞式水平旋流泄洪洞的提出和研究现状
    1.4 本文研究内容和技术路线
2 紊流数值模拟的理论探讨与方法选择
    2.1 紊流数值模拟方法
    2.2 紊流模型
    2.3 数值离散方法
    2.4 数值计算方法
    2.5 边界条件和近壁面处理
        2.5.1 进、出口位置
        2.5.2 涡旋与柱状涡旋
        2.5.3 边界条件
        2.5.4 近壁面处理
    2.6 网格生成
    2.7 本章小结
3 水气两相流模拟的理论探讨与方法选择
    3.1 水气两相流的主要模型
        3.1.1 均相流模型
        3.1.2 两相流扩散模型
        3.1.3 双流体模型
    3.2 水气两相流的数值模拟
        3.2.1 VOF模型
        3.2.2 Mixture模型
        3.2.3 Eulerian模型
        3.2.4 两相流模型讨论
    3.3 相间曳力系数模型
    3.4 气泡特征直径
    3.5 本章小结
4 阻塞扩散段水气两相流的数值模拟
    4.1 数值计算条件
        4.1.1 试验工况
        4.1.2 数学模型
        4.1.3 计算域、网格划分、边界条件与计算方法
    4.2 阻塞扩散段水气两相流的水力特性
        4.2.1 流态
        4.2.2 旋流空腔直径
        4.2.3 压强
        4.2.4 流速
        4.2.5 紊动能与耗散率
    4.3 消能特性
        4.3.1 基于组合涡分布的空腔旋转能量计算
        4.3.2 消能率计算
    4.4 空化特性
        4.4.1 水流空化数
        4.4.2 水流掺气浓度
        4.4.3 掺气减蚀
    4.5 阻塞扩散段水流掺气机理
        4.5.1 水跃流自由面掺气
        4.5.2 旋流水跃掺气
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟（2）[J]. 葛晨,牛争鸣,李奇龙,蔺娜.  水力发电学报. 2015(01)
[2]泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟（1）[J]. 李奇龙,牛争鸣,葛晨,朱静,蔺娜.  水力发电学报. 2014(05)
[3]水跃流自由面掺气过程数值仿真研究[J]. 向敏,屠基元,张为华.  工程热物理学报. 2014(10)
[4]基于SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程[J]. 王光兰,杨克俭.  现代计算机(专业版). 2011(05)
[5]竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的数值模拟[J]. 曹双利,牛争鸣,付波,吴小丽.  西安理工大学学报. 2009(03)
[6]竖井进流水平旋转内消能泄洪洞水力特性的数值模拟[J]. 付波,牛争鸣,李国栋,曹双利.  水动力学研究与进展A辑. 2009(02)
[7]生态环境友好的消能技术——内消能的研究与应用[J]. 高季章,董兴林,刘继广.  水利学报. 2008(10)
[8]旋流阻塞复合式泄洪洞的水力特性（2）[J]. 牛争鸣,安丰勇,余挺,周永,付波.  长江科学院院报. 2008(04)
[9]阻塞对水平旋流泄洪洞水力特性的影响[J]. 安丰勇,付波,牛争鸣,张宗孝,史妍维.  西安理工大学学报. 2008(02)
[10]旋流阻塞复合式泄洪洞的水力特性（1）[J]. 牛争鸣,安丰勇,周永,余挺,付波.  长江科学院院报. 2008(02)

硕士论文
[1]下游淹没条件下水平旋流复合式内消能泄洪洞的试验研究[D]. 杨健.西安理工大学 2009



本文编号：3679113