發(fā)布時(shí)間：2017-10-24 15:07

  本文關(guān)鍵詞：小流量自由跌水長(zhǎng)度及消能研究

  更多相關(guān)文章： 自由跌水 模型試驗(yàn) 公式推導(dǎo) 數(shù)值模擬 消力墻高度

【摘要】：自由跌水是幾何結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單但是流態(tài)非常復(fù)雜的現(xiàn)象,其為帶自由表面的水氣兩相流。這種流動(dòng)問題一直是研究的熱點(diǎn)。本文首先簡(jiǎn)單介紹跌水的構(gòu)造,在了解跌水研究背景的基礎(chǔ)上,回顧了國(guó)內(nèi)外在公式、試驗(yàn)和數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀。再利用亞克力板制作不同尺寸的水槽,組成本次試驗(yàn)的模型。進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí),在不同的跌坎高度下,進(jìn)行囊括多種不同流量的多組試驗(yàn),以確保試驗(yàn)的全面性、合理性。并且現(xiàn)在水力學(xué)公式多為經(jīng)驗(yàn)公式,本文在總結(jié)前人利用公式來計(jì)算跌水長(zhǎng)度的研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行公式推導(dǎo),提出一種快速、便捷地計(jì)算跌水長(zhǎng)度的公式,并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。最后本文就跌水消能問題利用FLUENT軟件進(jìn)行三維數(shù)值模擬,并在此基礎(chǔ)上開展一系列的研究。(1)按照拋體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自由跌水長(zhǎng)度公式的推導(dǎo)。即跌水長(zhǎng)度,其中A為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),取值1.5~1.6;K為空氣阻力系數(shù),取K(28)1;a為動(dòng)能校正系數(shù),取a(28)1;q為單寬流量;H為跌坎高度。(2)采用VOF方法來處理水和氣體的交界面以及利用其與k(25)e雙方程模型相結(jié)合的方式來進(jìn)行自由的跌水的三維數(shù)值模擬能夠得到非常好的效果,與實(shí)際情況較吻合。(3)通過分析模擬結(jié)果中流態(tài)分布、渠道上下游壓力分布、流速分布以及流線分布來判斷采用此種數(shù)值模擬方法是非�？煽康�。(4)將公式計(jì)算所得的跌水長(zhǎng)度、模型試驗(yàn)所得結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果三者進(jìn)行對(duì)比分析。由對(duì)比結(jié)果可知,公式計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果非常接近,數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)研究的誤差值分別為17.6%、22.4%、14.6%。根據(jù)前人在數(shù)值模擬方面的經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際試驗(yàn)條件,此誤差值在可以接受的范圍內(nèi)。所以該公式可以運(yùn)用于實(shí)際工程。(5)為使底板以及兩岸減小沖刷,在下游設(shè)置一定高度的消力墻以提高消能率。本文在下游適當(dāng)位置設(shè)置不同高度的消力墻,結(jié)合數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果中的臨底流速與動(dòng)水壓力來選出最優(yōu)的消力墻高度。就本文的模型而言,選擇3cm高的消力墻時(shí),綜合跌坎后底板與消力墻后底板的臨底流速值以及最大動(dòng)水壓力值為綜合考慮最優(yōu)情況,為今后實(shí)際工程的運(yùn)用提供一定的設(shè)計(jì)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：自由跌水 模型試驗(yàn) 公式推導(dǎo) 數(shù)值模擬 消力墻高度
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV135.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 跌水研究的背景9-11
• 1.2 跌水研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 關(guān)于跌水長(zhǎng)度的理論及試驗(yàn)研究11-12
• 1.2.2 關(guān)于跌水的數(shù)值模擬研究12-13
• 1.2.3 關(guān)于水墊消能的研究13
• 1.3 目前研究不足13-14
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容14
• 1.5 本章小結(jié)14-15
• 2 自由跌水模型試驗(yàn)15-30
• 2.1 水力模型試驗(yàn)基本原理15
• 2.2 工程背景15-16
• 2.3 試驗(yàn)設(shè)備16-20
• 2.3.1 試驗(yàn)水槽16-19
• 2.3.2 測(cè)量設(shè)備19-20
• 2.4 試驗(yàn)結(jié)果20-29
• 2.4.1 下游未設(shè)置消力墻20-24
• 2.4.2 下游設(shè)置有消力墻24-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 自由跌水公式推導(dǎo)30-37
• 3.1 理論基礎(chǔ)30-33
• 3.1.1 臨界水深的原理30-31
• 3.1.2 水跌的原理31-32
• 3.1.3 平拋運(yùn)動(dòng)原理32-33
• 3.2 跌水長(zhǎng)度公式推導(dǎo)33-35
• 3.3 本章小結(jié)35-37
• 4 自由跌水?dāng)?shù)值模擬37-53
• 4.1 紊流數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)37-41
• 4.1.1 流體運(yùn)動(dòng)研究方法37-38
• 4.1.2 流體力學(xué)基本方程組38-39
• 4.1.3 紊流數(shù)值模擬39-41
• 4.2 模型構(gòu)建及算法41-46
• 4.2.1 模型的構(gòu)建41-45
• 4.2.2 邊界條件及算法45-46
• 4.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析46-49
• 4.4 多種工況模擬49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 5 不同方法所得跌水長(zhǎng)度53-56
• 5.1 模型試驗(yàn)結(jié)果53
• 5.2 公式推導(dǎo)結(jié)果53-54
• 5.3 數(shù)值模擬結(jié)果54
• 5.4 三種結(jié)果對(duì)比54-55
• 5.5 本章小結(jié)55-56
• 6 最優(yōu)消力墻高度56-63
• 6.1 不同消力墻高度下水力特性56-61
• 6.1.1 各工況下臨底流速56-58
• 6.1.2 各工況下動(dòng)水壓力58-61
• 6.2 最優(yōu)消力墻高度61-62
• 6.3 本章小結(jié)62-63
• 7 結(jié)論與展望63-65
• 7.1 結(jié)論63-64
• 7.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研成果68-69
• 致謝69-70

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