复合明渠中含刚性植被的水流运动实测及格子Boltzmann方法数值模拟研究
发布时间：2021-07-22 12:46
天然河道通常情况下是由主河道和漫滩复合而成,而植被往往生长在漫滩上.漫滩上的水生植被不仅会对影响漫滩上水流结构,而且对主槽中的水流结构产生较大影响,进而影响泥沙运移、水环境改变及海上运输等.因此,研究复式河道中含植被水流问题具有非常重要的实际应用价值.本文对具有多级漫滩的复式水槽中漫滩上布设不同排列方式的刚性植被（用玻璃棒代替）,利用三维激光多普勒测速仪（3D-LDV）等仪器进行测量,对结果进行了分析,并运用格子Boltzmann方法中的D3Q27模型进行了三维数值模拟研究.主要工作如下:1.通过对格子Boltzmann方法的发展过程以及相比于其它传统方法的优势建立了格子Boltzmann方法中的D3Q27模型,并对此模型的边界条件进行推导,最后利用MATLAB软件编制了程序代码.2.在单侧具有多级漫滩的实验室复式水槽中,用玻璃棒代替刚性植被,设置了若干典型工况,利用3D-LDV、水位计、电磁流量计等仪器对各种工况下的水位和水流流速进行了定点测量.最后对不同工况下的水位变化、水流流速、水力坡降以及紊流强度进行对比分析,得到了在漫滩上布设植被流速呈锯齿状分布,植被交错排列时比平行排列时流...
【文章来源】：北方民族大学宁夏回族自治区
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种三维格子Boltzmann方法的离散速度模型
该试验是在作者所在单位流体力学实验室中进行的, 该水槽为矩形断面, 长 15m, 宽0.49m, 高 0.4m. 其中玻璃水槽又由主槽、一级漫滩、二级漫滩组成, 主槽宽为 0.24m, 一级、二级漫滩宽和高均为 0.125m.水槽两侧为玻璃板, 底部为铝合金板, 坡度为 0.1%, 漫滩由矩形铝合金板制作而成. 在水槽进水口处安置了稳水系统（由很多个直径相同的 PVC 空心管黏贴组成）, 水槽尾门处有控制水位高度的刚板, 通过上下调节刚板可以控制水位高度. 在距水槽进水口 7.81～8.77m 的漫滩上布置均匀的钻孔, 以便布置植被, 刚性植被由直径为8mm 的圆柱形玻璃棒代替. 试验水槽纵断面和横断面示意图分别如图 3-1、图 3-2 所示:
北方民族大学2020届硕士学位论文第三章含刚性植被的复式水槽水流运动试验研究-19-理量,较ADV具有不接触测量物的优势,其测量流速范围为-300~700m/s,相对误差不超过0.1%.测量前,将激光探头固定在可移动坐标架上,位置在水槽测量区域正上方,激光探头必须垂直向下;测量时,需设定每个测点的坐标,并将测点坐标导入FlowSizer软件中,点击开始测量时系统将自动移动坐标架进行定点测量,激光对每个点的采样时间设定为30s.利用水位测针测量水位,利用电磁流量计读取流量.图3-2水槽横断面示意图3.1.2工况设计植被区布置在距入水口7.81m-8.77m,长度为0.96m,玻璃棒以不同的排列方式布置在一级和二级漫滩上.为了表述方便,现规定X方向为沿水流方向,Y方向为与水槽壁面垂直的方向,Z方向为与水槽底部垂直向上的方向.在水深不同和排列方式不同的情况下,本试验共设置了四种工况（一级漫滩非淹没、一级漫滩淹没、二级漫滩非淹没和二级漫滩淹没）,每个工况又包括无植被、植被平行排列和植被交错排列三个子工况,具体如表3-1所示.表3-1典型工况的特征参数工况流量/m/s水深/m植被半径/m植被高度/m排列方式工况1工况1.10.0260.1800.0080.120无植被工况1.20.0260.1800.0080.120植被平行排列工况1.30.0260.1800.0080.120植被交错排列工况2工况2.10.0310.2480.0080.120无植被工况2.20.0300.2480.0080.120植被平行排列工况2.30.0300.2480.0080.120植被交错排列工况3工况3.10.0370.3500.0080.120无植被工况3.20.0360.3500.0080.120植被平行排列工况3.30.0360.3500.0080.120植被交错排列工况4工况4.10.0420.3940.0080.120无植被工况4.20.0420.3940.0080.120植被平行排列工况4.30.0420.3940.0080.120植被交错排列
【参考文献】：
期刊论文
[1]某些电磁波传播问题的格子Boltzmann模拟[J]. 刘艳红,闫广武. 吉林大学学报(理学版). 2019(02)
[2]基于格子Boltzmann方法的毛细管相变流动模拟[J]. 高洪涛,钟冠翠,吕维,季秀鹏,洪嘉驹. 大连海事大学学报. 2018(04)
[3]含淹没刚性植被明渠水流特性的试验研究[J]. 宋滢汀,景何仿,张凯,黄凌霄,李春光. 水力发电学报. 2019(04)
[4]非淹没挺水植被水流特性试验研究[J]. 景何仿,张凯,杨程,董建强. 水力发电. 2017(12)
[5]格子玻尔兹曼方法在多相流中的应用[J]. 张建民,何小泷. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(05)
[6]滩地一排植被作用下的复式河槽水流特性研究[J]. 袁素勤,雷明慧,杨克君,贾桂林. 四川大学学报(工程科学版). 2015(S2)
[7]Predictive model for stage-discharge curve in compound channels with vegetated floodplains[J]. 刘超,刘兴年,杨克君. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2014(12)
[8]三维顶板驱动方腔流的有限元数值模拟[J]. 王吉飞,万德成. 水动力学研究与进展A辑. 2014(05)
[9]滩地植被化复式河槽的水流阻力特性试验[J]. 房春艳,罗宪. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2013(04)
[10]基于计算流体力学技术研究多层合采气井井筒携液能力[J]. 李进,冯曦,杨学锋,陈林. 天然气勘探与开发. 2012(02)
博士论文
[1]基于格子Boltzmann方法的个体化颅内动脉瘤几何重建及其数值模拟[D]. 陈俊辉.华中科技大学 2014
[2]电磁波的格子Boltzmann方法研究[D]. 刘艳红.吉林大学 2013
[3]具有植被漫滩的复式河槽水流特性研究[D]. 张明武.清华大学 2011
硕士论文
[1]基于晶格Boltzmann方法的多相流模型研究与应用[D]. 赵金想.广西师范大学 2019
[2]含淹没刚性植被水流特性实测及格子Boltzmann方法数值模拟研究[D]. 宋滢汀.北方民族大学 2019
[3]含柔性植被明渠水流实测及数值模拟研究[D]. 张凯.北方民族大学 2018
[4]页岩纳米孔隙中气体流动的格子Boltzmann模拟[D]. 傅燕鸣.西南石油大学 2017
[5]格子Boltzmann方法在含植被河道水流数值模拟中的应用研究[D]. 蔡银娟.北方民族大学 2017
[6]三维颗粒（群）沉降的格子Boltzmann全解析数值模拟[D]. 查露.华中科技大学 2015
[7]干旱环境地表黄土蒸发量及土层水分运动规律研究[D]. 陈晶晶.西安建筑科技大学 2014
[8]基于FVM数值分析的海工混凝土结构耐久可靠度Monte Carlo模拟[D]. 夏辉.烟台大学 2013
[9]方腔内气固两相流动的格子Boltzmann模拟[D]. 蔡新桃.华中科技大学 2011
[10]考虑气体密封作用的转子系统非线性振动分析[D]. 郭燕芳.东北大学 2010
本文编号：3297180
【文章来源】：北方民族大学宁夏回族自治区
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种三维格子Boltzmann方法的离散速度模型
该试验是在作者所在单位流体力学实验室中进行的, 该水槽为矩形断面, 长 15m, 宽0.49m, 高 0.4m. 其中玻璃水槽又由主槽、一级漫滩、二级漫滩组成, 主槽宽为 0.24m, 一级、二级漫滩宽和高均为 0.125m.水槽两侧为玻璃板, 底部为铝合金板, 坡度为 0.1%, 漫滩由矩形铝合金板制作而成. 在水槽进水口处安置了稳水系统（由很多个直径相同的 PVC 空心管黏贴组成）, 水槽尾门处有控制水位高度的刚板, 通过上下调节刚板可以控制水位高度. 在距水槽进水口 7.81～8.77m 的漫滩上布置均匀的钻孔, 以便布置植被, 刚性植被由直径为8mm 的圆柱形玻璃棒代替. 试验水槽纵断面和横断面示意图分别如图 3-1、图 3-2 所示:
北方民族大学2020届硕士学位论文第三章含刚性植被的复式水槽水流运动试验研究-19-理量,较ADV具有不接触测量物的优势,其测量流速范围为-300~700m/s,相对误差不超过0.1%.测量前,将激光探头固定在可移动坐标架上,位置在水槽测量区域正上方,激光探头必须垂直向下;测量时,需设定每个测点的坐标,并将测点坐标导入FlowSizer软件中,点击开始测量时系统将自动移动坐标架进行定点测量,激光对每个点的采样时间设定为30s.利用水位测针测量水位,利用电磁流量计读取流量.图3-2水槽横断面示意图3.1.2工况设计植被区布置在距入水口7.81m-8.77m,长度为0.96m,玻璃棒以不同的排列方式布置在一级和二级漫滩上.为了表述方便,现规定X方向为沿水流方向,Y方向为与水槽壁面垂直的方向,Z方向为与水槽底部垂直向上的方向.在水深不同和排列方式不同的情况下,本试验共设置了四种工况（一级漫滩非淹没、一级漫滩淹没、二级漫滩非淹没和二级漫滩淹没）,每个工况又包括无植被、植被平行排列和植被交错排列三个子工况,具体如表3-1所示.表3-1典型工况的特征参数工况流量/m/s水深/m植被半径/m植被高度/m排列方式工况1工况1.10.0260.1800.0080.120无植被工况1.20.0260.1800.0080.120植被平行排列工况1.30.0260.1800.0080.120植被交错排列工况2工况2.10.0310.2480.0080.120无植被工况2.20.0300.2480.0080.120植被平行排列工况2.30.0300.2480.0080.120植被交错排列工况3工况3.10.0370.3500.0080.120无植被工况3.20.0360.3500.0080.120植被平行排列工况3.30.0360.3500.0080.120植被交错排列工况4工况4.10.0420.3940.0080.120无植被工况4.20.0420.3940.0080.120植被平行排列工况4.30.0420.3940.0080.120植被交错排列
【参考文献】：
期刊论文
[1]某些电磁波传播问题的格子Boltzmann模拟[J]. 刘艳红,闫广武. 吉林大学学报(理学版). 2019(02)
[2]基于格子Boltzmann方法的毛细管相变流动模拟[J]. 高洪涛,钟冠翠,吕维,季秀鹏,洪嘉驹. 大连海事大学学报. 2018(04)
[3]含淹没刚性植被明渠水流特性的试验研究[J]. 宋滢汀,景何仿,张凯,黄凌霄,李春光. 水力发电学报. 2019(04)
[4]非淹没挺水植被水流特性试验研究[J]. 景何仿,张凯,杨程,董建强. 水力发电. 2017(12)
[5]格子玻尔兹曼方法在多相流中的应用[J]. 张建民,何小泷. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(05)
[6]滩地一排植被作用下的复式河槽水流特性研究[J]. 袁素勤,雷明慧,杨克君,贾桂林. 四川大学学报(工程科学版). 2015(S2)
[7]Predictive model for stage-discharge curve in compound channels with vegetated floodplains[J]. 刘超,刘兴年,杨克君. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2014(12)
[8]三维顶板驱动方腔流的有限元数值模拟[J]. 王吉飞,万德成. 水动力学研究与进展A辑. 2014(05)
[9]滩地植被化复式河槽的水流阻力特性试验[J]. 房春艳,罗宪. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2013(04)
[10]基于计算流体力学技术研究多层合采气井井筒携液能力[J]. 李进,冯曦,杨学锋,陈林. 天然气勘探与开发. 2012(02)
博士论文
[1]基于格子Boltzmann方法的个体化颅内动脉瘤几何重建及其数值模拟[D]. 陈俊辉.华中科技大学 2014
[2]电磁波的格子Boltzmann方法研究[D]. 刘艳红.吉林大学 2013
[3]具有植被漫滩的复式河槽水流特性研究[D]. 张明武.清华大学 2011
硕士论文
[1]基于晶格Boltzmann方法的多相流模型研究与应用[D]. 赵金想.广西师范大学 2019
[2]含淹没刚性植被水流特性实测及格子Boltzmann方法数值模拟研究[D]. 宋滢汀.北方民族大学 2019
[3]含柔性植被明渠水流实测及数值模拟研究[D]. 张凯.北方民族大学 2018
[4]页岩纳米孔隙中气体流动的格子Boltzmann模拟[D]. 傅燕鸣.西南石油大学 2017
[5]格子Boltzmann方法在含植被河道水流数值模拟中的应用研究[D]. 蔡银娟.北方民族大学 2017
[6]三维颗粒（群）沉降的格子Boltzmann全解析数值模拟[D]. 查露.华中科技大学 2015
[7]干旱环境地表黄土蒸发量及土层水分运动规律研究[D]. 陈晶晶.西安建筑科技大学 2014
[8]基于FVM数值分析的海工混凝土结构耐久可靠度Monte Carlo模拟[D]. 夏辉.烟台大学 2013
[9]方腔内气固两相流动的格子Boltzmann模拟[D]. 蔡新桃.华中科技大学 2011
[10]考虑气体密封作用的转子系统非线性振动分析[D]. 郭燕芳.东北大学 2010
本文编号：3297180
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