發(fā)布時(shí)間：2024-01-09 19:00

　　城市的排水管網(wǎng)系統(tǒng)中涉及大量的流體力學(xué)問題,除了流動(dòng)本身的特性外排水系統(tǒng)中面臨的許多問題(例如沉積物的輸運(yùn)、沖刷等問題)還包含了與沉積物之間的耦合作用。傳統(tǒng)的研究手段主要包括現(xiàn)場研究和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)兩種方法。但往往研究成本高昂且受制于實(shí)驗(yàn)條件的限制。計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)作為一種傳統(tǒng)流體力學(xué)與數(shù)值方法的結(jié)合,伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,已逐漸成為另一種重要的研究手段,具有效率高、花費(fèi)少、不受實(shí)驗(yàn)條件限制的特點(diǎn),并且可以自由改變研究對象的幾何構(gòu)造與尺寸并控制與調(diào)整不同的變量的數(shù)值,強(qiáng)大的后處理使得數(shù)值模擬在計(jì)算完成后可以輸出豐富的結(jié)果。但是其主要缺點(diǎn)是需要科學(xué)的設(shè)置和細(xì)致的模型校驗(yàn)以保證結(jié)果的可靠性。本文對于計(jì)算流體力學(xué)的原理和多相流的模擬方法進(jìn)行了總結(jié),并充分發(fā)揮了數(shù)值模擬的特點(diǎn),在大量的文獻(xiàn)綜述基礎(chǔ)上尋找了工程中面臨的幾個(gè)實(shí)際問題作為切入點(diǎn),利用數(shù)值模擬的結(jié)果對排水系統(tǒng)中的流動(dòng)特性以及與沉積物的相互作用進(jìn)行了詳細(xì)的探討。首先本文使用數(shù)值模擬對于檢查井區(qū)域的流場進(jìn)行了討論,并根據(jù)多普勒聲學(xué)流量計(jì)的工作原理對于流量的測量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了討論,對于檢查井區(qū)域上下游的不同安裝位置與安裝效應(yīng)...

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
術(shù)語表
第1章 緒論
    1.1 研究背景與研究現(xiàn)狀
        1.1.1 排水系統(tǒng)
        1.1.2 計(jì)算流體力學(xué)
        1.1.3 數(shù)值模擬在排水系統(tǒng)研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀
    1.2 論文的主要研究內(nèi)容
        1.2.1 主要研究內(nèi)容
        1.2.2 章節(jié)安排
第2章 計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬方法
    2.1 流體基本控制方程
        2.1.1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)
        2.1.2 質(zhì)量守恒方程
        2.1.3 柯西動(dòng)量守恒方程
    2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法
        2.2.1 分子動(dòng)力學(xué)
        2.2.2 直接數(shù)值模擬
        2.2.3 大渦模擬
        2.2.4 雷諾平均法
    2.3 湍流模型
        2.3.1 渦粘性假設(shè)
        2.3.2 零方程模型
        2.3.3 單方程模型
        2.3.4 雙方程模型
        2.3.5 雷諾應(yīng)力方程模型
        2.3.6 格子玻爾茲曼法
    2.4 離散化方法
        2.4.1 空間的離散化
        2.4.2 控制方程的離散方法
        2.4.3 控制方程的離散格式
        2.4.4 時(shí)間的離散化
        2.4.5 數(shù)值解法
    2.5 水氣交界面預(yù)測方法
        2.5.1 Level-Set法
        2.5.2 界面跟蹤法
        2.5.3 流體體積法
    2.6 水-固相耦合運(yùn)動(dòng)模擬
        2.6.1 歐拉-歐拉法
        2.6.2 歐拉-拉格朗日法
        2.6.3 概率密度函數(shù)法
    2.7 國內(nèi)外主流CFD軟件的發(fā)展與對比
        2.7.1 Phoenics
        2.7.2 Fluent
        2.7.3 Ansys CFX
        2.7.4 STAR-CD
        2.7.5 NUMECA
        2.7.6 Open Foam
第3章 檢查井區(qū)域流量計(jì)安裝效應(yīng)的數(shù)值模擬研究
    3.1 相關(guān)研究背景和研究現(xiàn)狀
        3.1.1 多普勒流量計(jì)
        3.1.2 流量計(jì)測量誤差的來源
        3.1.3 聲學(xué)多普勒流量計(jì)的安裝效應(yīng)
        3.1.4 檢查井的構(gòu)造
        3.1.5 檢查井區(qū)域滿管流流場規(guī)律
    3.2 數(shù)值模型的建立與校正
        3.2.1 研究對象和研究目標(biāo)
        3.2.2 模型設(shè)置與邊界條件
        3.2.3 網(wǎng)格的劃分與網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)
    3.3 模型校驗(yàn)
        3.3.1 橫截面的流場校驗(yàn)
        3.3.2 檢查井區(qū)域流動(dòng)校驗(yàn)
    3.4 流場分析
    3.5 流量計(jì)的安裝效應(yīng)
        3.5.1 不同安裝位置對測量結(jié)果的影響
        3.5.2 其他變量對測量結(jié)果的影響
        3.5.3 反向安裝流量計(jì)對于測量結(jié)果的影響
    3.6 本章小結(jié)
第4章 落底井對顆粒物截除效率的數(shù)值模擬研究
    4.1 落底井中顆粒物截除的研究現(xiàn)狀
        4.1.1 落底井
        4.1.2 相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究
        4.1.3 相關(guān)的數(shù)值模擬研究
        4.1.4 研究目標(biāo)
    4.2 模型建立與設(shè)置
        4.2.1 模型設(shè)置與邊界條件
        4.2.2 顆粒與流場的耦合方式
        4.2.3 顆粒物運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算
        4.2.4 顆粒物-壁面的相互作用
    4.3 模型校驗(yàn)
        4.3.1 網(wǎng)格校驗(yàn)
        4.3.2 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比
        4.3.3 斷面流速分布校驗(yàn)
    4.4 實(shí)驗(yàn)范圍的拓展
    4.5 流場結(jié)果與顆粒物截除機(jī)理分析
        4.5.1 影響顆粒物截除的因素
        4.5.2 流場分析
        4.5.3 顆粒物運(yùn)動(dòng)軌跡分析
        4.5.4 顆粒物截除機(jī)理總結(jié)
    4.6 落底井結(jié)構(gòu)的影響
    4.7 無量綱化公式的建立
    4.8 本章小結(jié)
第5章 排水管網(wǎng)沉積物沖刷效果的數(shù)值模擬研究
    5.1 研究現(xiàn)狀與研究目標(biāo)
        5.1.1 排水系統(tǒng)中沉積物的特性
        5.1.2 排水系統(tǒng)中沉積物的分類
        5.1.3 臨界水力條件
        5.1.4 水力沖刷的相關(guān)研究
        5.1.5 本章節(jié)研究目標(biāo)
    5.2 模型設(shè)置與校驗(yàn)
        5.2.1 模型設(shè)置
        5.2.2 底部剪切力計(jì)算
        5.2.3 模型校驗(yàn)(現(xiàn)場研究)
        5.2.4 模型校驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)室研究)
    5.3 沖刷波流動(dòng)特性分析
    5.4 不同變量對于沖刷效果的影響
        5.4.1 糙度造成的影響
        5.4.2 儲(chǔ)水深度h造成的影響
        5.4.3 坡度i造成的影響
        5.4.4 下游水深h'造成的影響
    5.5 本章小結(jié)
第6章 全文總結(jié)與展望
    6.1 本文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介



本文編號(hào)：3877740