【摘要】：擴(kuò)散過渡段的位置布置與形態(tài)是關(guān)系到工程安全運(yùn)行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等的重要問題。但是由于過流寬度、地質(zhì)條件、空間布置等原因的限制,國(guó)內(nèi)外很多工程不得不縮短擴(kuò)散段長(zhǎng)度,選擇采取平面大擴(kuò)散角的過渡形式。然而擴(kuò)散段的擴(kuò)散角超出一定范圍后,導(dǎo)致擴(kuò)散過渡段出現(xiàn)側(cè)壁回流、邊界脫流、主流偏流等不利水力現(xiàn)象,影響建筑物的正常運(yùn)用,甚至危及建筑物的安全。本文以某水電站尾水洞與明渠過渡銜接段的工程實(shí)際問題為背景,采用三維流場(chǎng)數(shù)值模擬方法,研究平面大擴(kuò)散角明渠流動(dòng)中過渡段的水流特性和三角翼調(diào)控的調(diào)控效果與優(yōu)化設(shè)計(jì)。(1)本文基于CFD軟件FLUENT建立了平面大擴(kuò)散角明渠過渡段的數(shù)學(xué)模型,將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與物理模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明Realizable k-?紊流模型及PISO速度-壓力的耦合算法比較適用于本文研究問題,并進(jìn)一步完成了參數(shù)率定。(2)對(duì)無控導(dǎo)條件下擴(kuò)散段水流流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過分析不同水流條件下水流在擴(kuò)散段的流動(dòng)特性,包括流動(dòng)分離的特點(diǎn)、回流強(qiáng)度及回流區(qū)隨著流動(dòng)的發(fā)展變化狀況等,初步分析了來流流量對(duì)主流偏移程度的影響及無控導(dǎo)條件下擴(kuò)散段主流偏移的形成機(jī)理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)主流偏移發(fā)展過程中形成的新生回流區(qū)對(duì)主流的偏移起負(fù)反饋?zhàn)饔?延長(zhǎng)了偏移達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需的時(shí)間。(3)在擴(kuò)散段增設(shè)潛沒式三角翼控導(dǎo)措施后,通過不同水流條件的數(shù)值模擬,研究了三角翼控導(dǎo)對(duì)改善擴(kuò)散段流態(tài)所起的作用,結(jié)果表明三角翼具有對(duì)主流的分流作用,對(duì)側(cè)壁回流區(qū)的擠壓破壞作用,對(duì)擴(kuò)散段動(dòng)量的重新分配以及水流結(jié)構(gòu)(流速在擴(kuò)散段平面和垂向上分布上)的調(diào)整等作用。(4)在前人研究基礎(chǔ)上,提出了分流度?、潛沒度h、控導(dǎo)度η、攻流度?、豐滿度b、回流度?與位置度_l?等三角翼體型及位置優(yōu)化控制指標(biāo),并在數(shù)值模擬工作中對(duì)其中一些指標(biāo)進(jìn)行了研究,提出了30°平面大擴(kuò)散角明渠的攻流度?的初步優(yōu)化取值為0.75、控導(dǎo)度η的初步優(yōu)化取值為0.4,位置度?_L的初步優(yōu)化取值為0.1,三角翼初步優(yōu)化設(shè)計(jì)建議方案,為三角翼后續(xù)研究及應(yīng)用提供了一定的理論參考。
【圖文】：

解決大擴(kuò)散段水流平順銜接問題的關(guān)鍵，，是要從抑制邊界層分離角度入手，滿足水特性優(yōu)良與水流平順連續(xù)性要求，但目前在這方面的研究還較少。同時(shí)，從工程應(yīng)度出發(fā)，復(fù)雜邊界條件下的水利工程，急需體型簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、效果優(yōu)良、施工的控導(dǎo)措施，急需平面大擴(kuò)散角明渠過渡段的實(shí)用水力設(shè)計(jì)方法。在前人研究的基利用數(shù)值模擬對(duì)水流進(jìn)行控導(dǎo)的進(jìn)一步研究，可以為控導(dǎo)水流的措施提供最優(yōu)方案，合物模試驗(yàn)，兩者結(jié)合使用可以為如何更好的改善水流流態(tài)提出行之有效的措施。3 本文的研究工作.1 研究思路本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以計(jì)算流體力學(xué)軟件 FLUENT 為主要研究手段進(jìn)行數(shù)擬，研究不同工況下大擴(kuò)散段內(nèi)紊流復(fù)雜的三維流動(dòng)，分析擴(kuò)散段內(nèi)流場(chǎng)特性與邊分離特點(diǎn)；通過對(duì)模擬結(jié)果的數(shù)值分析，提出三角翼潛沒式三角翼各幾何參數(shù)的優(yōu)圍；并給出潛沒式三角翼的最優(yōu)形式，技術(shù)路線如圖 1-1 所示。

工程應(yīng)建的幾何三維 CA創(chuàng)建模型格軟件后建模方法需要有限射網(wǎng)格劃至六個(gè)面能結(jié)合成采用 Au型的創(chuàng)建部分，圖方面的研應(yīng)用中主流何模型精度AD 軟件（A型較為方便，后可能需要法；②自底限元模型的劃分時(shí)，平面面組成；而相成一個(gè)體就utoCAD 三維建。如圖 2-圖 2-5 為三角研究。的網(wǎng)格生成高，但操作AutoCAD、能夠構(gòu)建出進(jìn)行修復(fù)。向頂?shù)慕ｎ愋停?jiǎn)單面結(jié)構(gòu)一定相對(duì)來說自可以。維建模軟件-3 和圖 2-4角翼實(shí)體概成軟件大多數(shù)作相對(duì)麻煩CATIA、出復(fù)雜的幾CAD 軟件模方式；③混單來說就是網(wǎng)定要由三個(gè)或自動(dòng)網(wǎng)格劃分件運(yùn)用自頂向4 分別為平面概念模型，本數(shù)都具備創(chuàng)煩，對(duì)于復(fù)雜Pro/ENGIN幾何模型，但件幾何建模混合使用前網(wǎng)格劃分是或者四個(gè)邊分實(shí)體模型向底與自底面大擴(kuò)散段本課題將通創(chuàng)建幾何模雜幾何模型NEER、UG但模型的幾何模方式主要有前兩種方法是映射網(wǎng)格劃邊組成，體網(wǎng)型的建立比較底向頂進(jìn)行混段明渠內(nèi)流道通過它進(jìn)行水型的功能型的創(chuàng)建相G NX、S何精度一有三種方。但應(yīng)注劃分還是網(wǎng)格則要較簡(jiǎn)單，混合使用道模型和水流特性
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV135

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本文編號(hào)：2679852