近年來,隨著水利工程的快速發(fā)展,在我國西南和西北峽谷地帶對中小型水電站和低水頭泄洪閘等工程的需求越來越多,也凸顯出一系列工程安全問題:例如,水工建筑物設(shè)計不合理導(dǎo)致泄洪能力不足問題、泄洪建筑物消能不充分導(dǎo)致消力池沖擊壓力過大造成消力池底板破壞問題、脈動壓力引起建筑物共振問題及下游河道和兩岸局部受到嚴(yán)重沖刷問題等。因此,在水電工程建設(shè)中,根據(jù)工程的具體位置和自身特點,合理進(jìn)行泄洪建筑物布置、優(yōu)化泄洪建筑物體型對保障整個樞紐工程安全運行和發(fā)揮效益具有非常重要的意義。目前流體動力學(xué)學(xué)科主要的研究手段為理論分析、試驗和數(shù)值模擬三種。單純的理論分析很難與實際取得很好的結(jié)合;物理試驗雖然是工程上最常見的解決手段,但是存在周期長,耗費大等問題;而數(shù)值模擬方法則可以將理論和實踐很好的結(jié)合,且有花費少、速度快、數(shù)據(jù)信息完整等優(yōu)點。目前,數(shù)值模擬已經(jīng)成為物理模型試驗的重要補充手段之一。本文以白龍江麒麟寺水電站泄洪閘為主要研究對象,通過物理模型試驗,對泄洪建筑物水力特性進(jìn)行了試驗研究,并對泄洪閘閘室和消力池區(qū)域的水力特性及消力池底板中線脈動壓力進(jìn)行三維數(shù)值模擬,取得了以下研究成果:(1)通過對模型試驗結(jié)果分析,得到了設(shè)計方案泄流能力、水面線、閘室壓力、消力池動水壓力和水流流態(tài)等水力要素的實測值和分布規(guī)律,論證了設(shè)計方案的合理性。(2)通過采用RNG雷諾平均法、VOF自由液面追蹤法等對三孔泄洪閘泄洪時的水力特性進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析流場內(nèi)水力要素等參數(shù)發(fā)現(xiàn)與模型試驗結(jié)果比較接近,表明數(shù)值模擬作為模型試驗的一種補充手段,具有很好的效果。(3)通過對三孔泄洪閘消力池底板中線上的點脈動壓力進(jìn)行大渦模擬,分析得到了脈動壓力強(qiáng)度、脈動壓力幅值特性、概率密度分布規(guī)律和功率譜等典型特征參數(shù),并結(jié)合物理模型試驗結(jié)果進(jìn)行對比,兩種方法所得結(jié)論基本一致,表明通過大渦數(shù)值模擬方法來對消力池底板脈動壓力進(jìn)行研究是可靠的。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O35;TV73;TV135.2
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的和意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 泄洪消能研究概況
        1.3.2 消力池脈動壓力研究概況
    1.4 本文的主要工作
第二章 麒麟寺水電站水工模型試驗概況
    2.1 工程和試驗概況
        2.1.1 工程概況
        2.1.2 試驗概況
    2.2 試驗結(jié)果分析
        2.2.1 泄洪閘泄流能力
        2.2.2 泄洪閘水面線變化
        2.2.3 泄洪閘水流流態(tài)及流速分布
        2.2.4 泄洪閘壓力分布
        2.2.5 消力池底板脈動壓力
    2.3 本章小結(jié)
第三章 泄洪閘三維流場的數(shù)值模擬
    3.1 數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展
    3.2 控制方程
    3.3 自由液面處理
    3.4 計算模型的建立
        3.4.1 計算區(qū)域和網(wǎng)格劃分
        3.4.2 邊界條件設(shè)置
        3.4.3 其他參數(shù)設(shè)置
    3.5 計算結(jié)果驗證分析
        3.5.1 泄流能力比較
        3.5.2 水面線比較
        3.5.3 水流流態(tài)和流速分布比較
        3.5.4 壓力分布比較
    3.6 本章小結(jié)
第四章 消力池底板中線脈動壓力的大渦模擬
    4.1 大渦模擬理論
        4.1.1 大渦模擬研究概況
        4.1.2 大渦模擬產(chǎn)生機(jī)理
        4.1.3 大渦模擬的控制方程
    4.2 脈動壓力產(chǎn)生機(jī)理
    4.3 計算模型建立
        4.3.1 計算區(qū)域及網(wǎng)格劃分
        4.3.2 邊界條件和參數(shù)設(shè)置
    4.4 計算結(jié)果分析
        4.4.1 時均壓力及脈動壓力強(qiáng)度分析
        4.4.2 脈動壓力最大振幅估計
        4.4.3 脈動壓力概率密度分布
        4.4.4 脈動壓力的頻譜分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個人簡歷

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本文編號：2848773