隨著人們對環(huán)境保護意識的日益增強,為協(xié)調(diào)好大壩建設(shè)與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系、保持河流原有的生態(tài)連通性、減少工程對洄游魚類的影響,魚道的研究和建設(shè)勢在必行。在實際工程中,魚道的布置型式受地形地貌及水位、環(huán)境等影響,而豎縫式與仿生態(tài)式相結(jié)合的布置型式具有更好的適應(yīng)性,因此對該種布置型式的魚道進行研究很有必要。本文以井岡山航電樞紐工程魚道為研究背景,通過建立幾何比尺為1:10的正態(tài)整體模型進行物理模型試驗及采用RNG k-ε模型建立三維數(shù)學(xué)模型進行數(shù)值模擬計算的方法對該豎縫式與仿生態(tài)式相結(jié)合的魚道水力特性進行了研究。研究內(nèi)容及成果如下:(1)對國內(nèi)外魚道的發(fā)展歷史及研究進展,對魚類的洄游及游泳能力、魚道的布置原則及魚道的分類和特點進行了總結(jié)歸納;(2)利用物理模型試驗對3種工況下魚道內(nèi)各池室水深沿程變化、各池室內(nèi)最大流速、池室內(nèi)及豎縫段與仿生態(tài)段銜接處流態(tài)、池室內(nèi)流速分布進行了研究。結(jié)果表明:豎縫段與仿生態(tài)段銜接處流態(tài)良好,同時各池室內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定,證明了該種結(jié)合是可行的;池室內(nèi)水深變化主要影響主流流速,池室內(nèi)水深越大,主流流速及池室內(nèi)流速最大值越小,而對回流區(qū)流速影響較小;(3)利用物理模型試驗的實測數(shù)據(jù)對所建立的三維數(shù)學(xué)模型進行率定驗證,兩者結(jié)果非常接近,表明該數(shù)學(xué)模型可用于魚道的數(shù)值模擬計算,計算結(jié)果具有較高的可信度。(4)利用驗證過的三維數(shù)學(xué)模型對4種不同體型的仿生態(tài)魚道進行數(shù)值模擬計算,對通過的流量、池室內(nèi)流態(tài)、流速分布及紊動能進行分析研究。結(jié)果表明:4種不同體型的仿生態(tài)魚道均能滿足與豎縫式魚道相結(jié)合的流量匹配要求;體型1與體型2池室內(nèi)主流分布相似,但設(shè)置的潛孔將前后池室的回流區(qū)連通,改善了池室內(nèi)水深分布,體型3和體型4池室內(nèi)主流分布相似,但體型4主流范圍更加集中,中墩后的回流區(qū)范圍更小,主流兩側(cè)回流區(qū)更加對稱;池室內(nèi)紊動能變化規(guī)律與流速變化規(guī)律相似。
【學(xué)位單位】：長江科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S956.3;TV135
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外魚道發(fā)展歷史
        1.2.1 國外魚道發(fā)展歷史
        1.2.2 國內(nèi)魚道發(fā)展歷史
    1.3 國內(nèi)外魚道研究進展
        1.3.1 國外魚道研究進展
        1.3.2 國內(nèi)魚道研究進展
    1.4 本文研究內(nèi)容及方法
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 研究方法
    1.5 本章小結(jié)
第二章 魚類與魚道
    2.1 魚類的行為特性
        2.1.1 魚類的洄游
            2.1.1.1 魚類洄游的分類
            2.1.1.2 影響魚類洄游的因素
        2.1.2 魚類的游泳能力
    2.2 魚道的布置原則
        2.2.1 魚道進口的布置
        2.2.2 魚道出口的布置
        2.2.3 池室結(jié)構(gòu)的布置
    2.3 魚道的分類及特點
        2.3.1 傳統(tǒng)工程魚道
        2.3.2 新型魚道
    2.4 本章小結(jié)
第三章 豎縫式與仿生態(tài)式相結(jié)合的魚道模型試驗研究
    3.1 工程概況
    3.2 目標(biāo)魚類及習(xí)性
    3.3 模型設(shè)計及測點布置
        3.3.1 模型設(shè)計
        3.3.2 測點布置
    3.4 試驗工況
    3.5 試驗成果分析
        3.5.1 沿程水深變化
        3.5.2 池室最大流速
        3.5.3 池室內(nèi)及銜接段流態(tài)
        3.5.4 代表池室流速分布
    3.6 本章小結(jié)
第四章 數(shù)值計算模型的選擇與率定
    4.1 模型建立與網(wǎng)格劃分
    4.2 計算模型的選擇
        4.2.1 控制方程
        4.2.2 離散方法
        4.2.3 紊流模型
        4.2.4 多相流模型
        4.2.5 求解算法
    4.3 邊界條件及初始條件設(shè)置
        4.3.1 邊界條件
        4.3.2 初始條件
    4.4 計算模型的率定
        4.4.1 流量對比
        4.4.2 流態(tài)對比
        4.4.3 流速分布對比
    4.5 本章小結(jié)
第五章 仿生態(tài)魚道數(shù)值模擬
    5.1 體型結(jié)構(gòu)
        5.1.1 體型1
        5.1.2 體型2
        5.1.3 體型3
        5.1.4 體型4
    5.2 計算條件
        5.2.1 模擬范圍
        5.2.2 邊界條件
    5.3 各體型數(shù)值模擬結(jié)果
        5.3.1 體型1
        5.3.2 體型2
        5.3.3 體型3
        5.3.4 體型4
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝

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本文編號：2879916