平板闸门测流及流场研究
发布时间：2021-11-14 09:06
为了满足农业灌溉的需求,我国修建了大量灌区,但由于管理及灌溉方式的粗放,使得灌溉用水利用率低。相较于国外发达国家灌区的全流域自动控制,精准输配灌溉用水而言,我国灌区对于自动化研究起步较晚,设备技术落后,测流设备与控制闸门相互独立。本论文基于明渠平板闸门测流理论,对测控一体化平板闸门测流进行研究。目前,针对平板闸门控制方面的研究已经较为成熟,而对于平板闸门测流环节的研究较为薄弱。本文主要通过数值模拟与现场试验相结合的方法对明渠平板闸门测流进行研究。一方面通过明渠平板闸门自由出流和淹没出流的现场试验对平板闸门测流的流量经验计算公式进行选择。另一方面通过数值模拟方法,结合水位边界条件,分别对平板闸门在自由出流与淹没出流工况下的流场分布进行研究,并对比分析经验公式计算流量与数值模拟流量的相对误差;通过对平板闸门前装有流量桶的一体化板闸流量计进行数值模拟,分析其闸前流量桶内流场的分布,来确定超声波流量计在流量桶内的安装区域。主要结论如下:1.结合平板闸门自由出流和淹没出流的现场试验对平板闸门测流的流量经验公式进行选择,并分别对这两种工况下所选择流量经验公式进行了验证,发现流量的经验公式计算值与灌...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 明渠流动国内外研究现状
1.2.2 气液两相流国内外研究现状
1.2.3 闸孔出流流量国内外研究现状
1.2.4 管道流场特性国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作
1.4 本章小结
第2章 平板闸门测流的理论基础及试验分析
2.1 平板闸门测流原理
2.2 现场试验研究
2.2.1 自由出流试验
2.2.2 自由出流试验过程及数据分析
2.2.3 淹没出流试验
2.2.4 淹没出流试验过程及数据分析
2.3 本章小结
第3章 数值模拟理论基础
3.1 流体动力学控制方程
3.2 湍流时均控制方程
3.3 湍流模型的介绍
3.3.1 标准k-ε湍流模型
3.3.2 RNGk-ε湍流模型
3.3.3 Realizable k-ε湍流模型
3.4 自由液面的处理方法
3.5 本章小结
第4章 明渠平板闸门测流流场数值模拟与结果分析
4.1 几何模型的建立
4.1.1 明渠自由出流工况下的几何模型建立
4.1.2 明渠淹没出流工况下的几何模型建立
4.2 计算域的网格划分
4.3 数值方法
4.3.1 气液两相流模型的选择
4.3.2 湍流模型的选择
4.3.3 流场数值计算方法
4.3.4 边界条件类型设置
4.3.5 边界条件初始值设置
4.3.6 离散格式设置
4.3.7 数值模拟工况设计
4.4 自由出流数值模拟结果及分析
4.4.1 过闸流量计算验证
4.4.2 计算域水面形态
4.4.3 水面线分布
4.4.4 流场速度流线分布
4.4.5 压力分布
4.4.6 矩形断面的速度分布
4.5 淹没出流数值模拟结果及分析
4.5.1 过闸流量计算验证
4.5.2 计算域水面形态
4.5.3 计算域水面线分布
4.5.4 流场速度流线分布
4.5.5 压力分布
4.5.6 梯形过流断面的速度分布
4.6 本章小结
第5章 一体化板闸流量计测流流场研究
5.1 流量桶内超声波流量计测流
5.1.1 时差法超声波测速原理
5.1.2 流量计算
5.2 流量桶关键问题处理
5.2.1 计算流体域与流量桶尺寸
5.2.2 闸门开度条件
5.2.3 进口作用水头条件
5.2.4 网格划分
5.3 流场特性
5.3.1 流量桶内的低速区
5.3.2 纵向时均流速
5.3.3 纵向时均流速等值线
5.3.4 压强分布
5.4 本章小结
结论与展望
一、结论
二、展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同闭门速度下的闸门水动力特性数值模拟[J]. 孟庆奎,伊元忠,陈赟. 水电站机电技术. 2019(08)
[2]明渠水流相似模拟超声速气体空腔流动的研究[J]. 张锦松,谭磊,刘俊,韩亚东,刘敏江. 水力发电学报. 2018(09)
[3]基于SPH方法实用堰水流的数值模拟[J]. 任立群,王星,张云云,顾声龙. 水利水电技术. 2017(11)
[4]水工附环闸门闭门过程水力特性数值模拟研究[J]. 文林森,王才欢,杨伟,陈东新. 长江科学院院报. 2017(10)
[5]含淹没植物明渠近床面区紊流特征高度试验研究[J]. 闫静,陈扬,戴坤,张明. 水利水电科技进展. 2016(05)
[6]高水头弧形闸门门槽水力学数值模拟[J]. 曹慧颖,李自冲,余俊阳,马仁超. 云南水力发电. 2016(02)
[7]明渠流动条件下单圆墩阻水效应实验研究[J]. 韩露,张景新,魏清福,胡天群,陈瑞方. 水动力学研究与进展A辑. 2015(02)
[8]面向灌区调水工程的远程自动计量闸门研究[J]. 张从鹏,罗学科,李玏一,毛潭,岳向泉. 农业机械学报. 2014(08)
[9]平板通气气液两相流流动的实验研究[J]. 付细能,张敏弟,邵峰,王国玉. 船舶力学. 2014(Z1)
[10]光滑宽浅明渠流动垂线流速分布公式研究[J]. 梁越,曹叔尤,杨奉广,杨克君. 水力发电学报. 2013(05)
硕士论文
[1]不同开度时弧形闸门流固耦合数值模拟[D]. 王旭声.华北水利水电大学 2018
[2]高水头无压泄洪洞的水力特性研究[D]. 翟保林.大连理工大学 2017
[3]闸后跌坎对水流影响特性研究[D]. 高珊珊.郑州大学 2017
[4]灌区渠系水量计量及监测控制一体化研究[D]. 林俊.华南理工大学 2017
[5]某拦河闸式渠首闸门调度及运行方式的数值模拟研究[D]. 李天朦.新疆农业大学 2015
[6]基于CFD的自动计量平板闸门流动特性研究[D]. 王勇.北方工业大学 2014
[7]平板闸门小开度流量系数研究与闸后水流数值模拟分析[D]. 毛舒娅.昆明理工大学 2011
本文编号：3494357
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 明渠流动国内外研究现状
1.2.2 气液两相流国内外研究现状
1.2.3 闸孔出流流量国内外研究现状
1.2.4 管道流场特性国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作
1.4 本章小结
第2章 平板闸门测流的理论基础及试验分析
2.1 平板闸门测流原理
2.2 现场试验研究
2.2.1 自由出流试验
2.2.2 自由出流试验过程及数据分析
2.2.3 淹没出流试验
2.2.4 淹没出流试验过程及数据分析
2.3 本章小结
第3章 数值模拟理论基础
3.1 流体动力学控制方程
3.2 湍流时均控制方程
3.3 湍流模型的介绍
3.3.1 标准k-ε湍流模型
3.3.2 RNGk-ε湍流模型
3.3.3 Realizable k-ε湍流模型
3.4 自由液面的处理方法
3.5 本章小结
第4章 明渠平板闸门测流流场数值模拟与结果分析
4.1 几何模型的建立
4.1.1 明渠自由出流工况下的几何模型建立
4.1.2 明渠淹没出流工况下的几何模型建立
4.2 计算域的网格划分
4.3 数值方法
4.3.1 气液两相流模型的选择
4.3.2 湍流模型的选择
4.3.3 流场数值计算方法
4.3.4 边界条件类型设置
4.3.5 边界条件初始值设置
4.3.6 离散格式设置
4.3.7 数值模拟工况设计
4.4 自由出流数值模拟结果及分析
4.4.1 过闸流量计算验证
4.4.2 计算域水面形态
4.4.3 水面线分布
4.4.4 流场速度流线分布
4.4.5 压力分布
4.4.6 矩形断面的速度分布
4.5 淹没出流数值模拟结果及分析
4.5.1 过闸流量计算验证
4.5.2 计算域水面形态
4.5.3 计算域水面线分布
4.5.4 流场速度流线分布
4.5.5 压力分布
4.5.6 梯形过流断面的速度分布
4.6 本章小结
第5章 一体化板闸流量计测流流场研究
5.1 流量桶内超声波流量计测流
5.1.1 时差法超声波测速原理
5.1.2 流量计算
5.2 流量桶关键问题处理
5.2.1 计算流体域与流量桶尺寸
5.2.2 闸门开度条件
5.2.3 进口作用水头条件
5.2.4 网格划分
5.3 流场特性
5.3.1 流量桶内的低速区
5.3.2 纵向时均流速
5.3.3 纵向时均流速等值线
5.3.4 压强分布
5.4 本章小结
结论与展望
一、结论
二、展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同闭门速度下的闸门水动力特性数值模拟[J]. 孟庆奎,伊元忠,陈赟. 水电站机电技术. 2019(08)
[2]明渠水流相似模拟超声速气体空腔流动的研究[J]. 张锦松,谭磊,刘俊,韩亚东,刘敏江. 水力发电学报. 2018(09)
[3]基于SPH方法实用堰水流的数值模拟[J]. 任立群,王星,张云云,顾声龙. 水利水电技术. 2017(11)
[4]水工附环闸门闭门过程水力特性数值模拟研究[J]. 文林森,王才欢,杨伟,陈东新. 长江科学院院报. 2017(10)
[5]含淹没植物明渠近床面区紊流特征高度试验研究[J]. 闫静,陈扬,戴坤,张明. 水利水电科技进展. 2016(05)
[6]高水头弧形闸门门槽水力学数值模拟[J]. 曹慧颖,李自冲,余俊阳,马仁超. 云南水力发电. 2016(02)
[7]明渠流动条件下单圆墩阻水效应实验研究[J]. 韩露,张景新,魏清福,胡天群,陈瑞方. 水动力学研究与进展A辑. 2015(02)
[8]面向灌区调水工程的远程自动计量闸门研究[J]. 张从鹏,罗学科,李玏一,毛潭,岳向泉. 农业机械学报. 2014(08)
[9]平板通气气液两相流流动的实验研究[J]. 付细能,张敏弟,邵峰,王国玉. 船舶力学. 2014(Z1)
[10]光滑宽浅明渠流动垂线流速分布公式研究[J]. 梁越,曹叔尤,杨奉广,杨克君. 水力发电学报. 2013(05)
硕士论文
[1]不同开度时弧形闸门流固耦合数值模拟[D]. 王旭声.华北水利水电大学 2018
[2]高水头无压泄洪洞的水力特性研究[D]. 翟保林.大连理工大学 2017
[3]闸后跌坎对水流影响特性研究[D]. 高珊珊.郑州大学 2017
[4]灌区渠系水量计量及监测控制一体化研究[D]. 林俊.华南理工大学 2017
[5]某拦河闸式渠首闸门调度及运行方式的数值模拟研究[D]. 李天朦.新疆农业大学 2015
[6]基于CFD的自动计量平板闸门流动特性研究[D]. 王勇.北方工业大学 2014
[7]平板闸门小开度流量系数研究与闸后水流数值模拟分析[D]. 毛舒娅.昆明理工大学 2011
本文编号：3494357
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/zaizhiyanjiusheng/3494357.html
