本文關(guān)鍵詞：基于CFD的自動(dòng)計(jì)量平板閘門流動(dòng)特性研究

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【摘要】：我國(guó)農(nóng)業(yè)水利用效率不及發(fā)達(dá)國(guó)家的一半,計(jì)量灌溉是我國(guó)渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),其關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)具有自動(dòng)計(jì)量功能的平板閘門系統(tǒng)。水位、流速、壓力是影響閘門計(jì)量精度的主要因素,研究明渠平板閘門閘前和閘后水位、流速和壓力的分布及變化規(guī)律,對(duì)合理選擇計(jì)量閘門傳感器安裝位置、完善閘門前后明渠結(jié)構(gòu),從而提高閘門系統(tǒng)計(jì)量精度,具有重要的理論指導(dǎo)意義。 本文針對(duì)現(xiàn)行閘門采用的角鋼框式和槽鋁框式兩種安裝方式,應(yīng)用Fluent軟件對(duì)明渠閘孔出流的流動(dòng)進(jìn)行仿真模擬。 角鋼框式安裝時(shí),根據(jù)不同的水流和開(kāi)度條件,設(shè)計(jì)了35種工況。采用基于壓力的求解器求解離散化的控制方程,利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型處理湍流問(wèn)題、利用VOF方法處理自由液面的問(wèn)題,得到了水面線分布、速度和壓力分布。結(jié)果表明：閘門前后流場(chǎng)的穩(wěn)定區(qū)間分別為閘前1.5m-2m、閘后6.4m-7m；當(dāng)閘門開(kāi)度為0.3m、0.4m、0.5m時(shí),‘流動(dòng)容易達(dá)到穩(wěn)定；當(dāng)閘前初始水位高于0.8m時(shí),應(yīng)避免開(kāi)度小于0.3m,使出流充分,以保證安全作業(yè)。為降低下游流速、提高流場(chǎng)的穩(wěn)定性,對(duì)明渠結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),將明渠收縮段的長(zhǎng)度縮短至1.01m,選取流場(chǎng)穩(wěn)定性較差的9種工況進(jìn)行仿真驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后流場(chǎng)的穩(wěn)定性更好,水流速度降低了0.6m/s-0.8m/s,流動(dòng)的穩(wěn)定區(qū)間增加了1m-1.5m,有利于傳感器的準(zhǔn)確測(cè)量,證明了明渠改進(jìn)的合理性、有效性。 槽鋁框式安裝時(shí),借鑒了角鋼框式安裝時(shí)流動(dòng)穩(wěn)定的相關(guān)結(jié)論,設(shè)計(jì)了6種工況進(jìn)行仿真。由于槽鋁框式安裝取消了渠底凸臺(tái),下游的流速較大,流速比角鋼框式高了約0.8m/s。為降低速度,在閘后修建了長(zhǎng)度為1.8m、深度為0.2m的消力池,仿真結(jié)果表明,與修建消力池前相比,消力池后的水流速度降低了0.6m/s-1.4m/s,并且豎直截面上速度分布均勻,在閘前0.6m-2.2m、閘后6m-7m區(qū)間內(nèi)流動(dòng)比較穩(wěn)定,適合安裝傳感器。 上述兩種安裝方式的仿真研究成果,對(duì)自動(dòng)計(jì)量平板閘門的推廣和合理使用,具有重要的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：明渠流動(dòng) 平板閘門 CFD 自由液面 結(jié)構(gòu)改進(jìn)
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S274.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 課題來(lái)源及研究背景8-9
• 1.1.1 課題來(lái)源8
• 1.1.2 研究背景8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 概述9
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)關(guān)于明渠流動(dòng)的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.3 國(guó)外關(guān)于明渠流動(dòng)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 課題研究的目的和意義13
• 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容13-15
• 2 計(jì)算流體力學(xué)的基本理論15-20
• 2.1 計(jì)算流體力學(xué)控制方程15-16
• 2.2 湍流的數(shù)值模擬方法16-18
• 2.3 控制方程的離散方法18
• 2.4 氣液二相流的計(jì)算方法18-19
• 2.5 仿真軟件選擇19
• 2.6 本章小結(jié)19-20
• 3 角鋼框式安裝的流場(chǎng)數(shù)值模擬與結(jié)果分析20-41
• 3.1 流體計(jì)算域的幾何建模20-21
• 3.2 流體計(jì)算域模型的Gambit前處理21-23
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分21-22
• 3.2.2 計(jì)算區(qū)域類型及邊界類型設(shè)置22-23
• 3.3 計(jì)算域仿真的初始設(shè)置及計(jì)算過(guò)程23-27
• 3.3.1 求解器設(shè)置23
• 3.3.2 計(jì)算環(huán)境的設(shè)置23-24
• 3.3.3 物理模型設(shè)置24
• 3.3.4 邊界條件設(shè)置24
• 3.3.5 仿真工況設(shè)計(jì)24-26
• 3.3.6 Fluent求解26-27
• 3.4 數(shù)值模擬結(jié)果及分析27-40
• 3.4.1 計(jì)算域的水面線分布27-31
• 3.4.2 計(jì)算域的速度分布31-38
• 3.4.3 計(jì)算域的壓力分布38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 4 角鋼框式的明渠結(jié)構(gòu)改進(jìn)及仿真驗(yàn)證41-48
• 4.1 明渠結(jié)構(gòu)改進(jìn)41-42
• 4.2 改進(jìn)方案的仿真驗(yàn)證42-47
• 4.2.1 水面線對(duì)比42-43
• 4.2.2 速度分布對(duì)比43-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 5 槽鋁框式安裝的流場(chǎng)數(shù)值模擬48-56
• 5.1 安裝方式介紹及仿真工況設(shè)計(jì)48-49
• 5.2 仿真結(jié)果分析49-51
• 5.3 明渠結(jié)構(gòu)改進(jìn)及仿真驗(yàn)證51-55
• 5.3.1 明渠結(jié)構(gòu)改進(jìn)及仿真工況設(shè)計(jì)51-53
• 5.3.2 仿真結(jié)果分析53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 6 結(jié)論和展望56-58
• 6.1 結(jié)論56-57
• 6.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 附錄61-71
• 1. 文中未列出的速度等值線圖61-65
• 2. 文中未列出的壓力等值線圖65-71
• 申請(qǐng)學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表論文71-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：635469