挑流消能廣泛地應用于各種泄水建筑物,為增加泄流能量的快速耗散,不同體型的挑流鼻坎應運而生。陳舊的經驗公式已不適用于描述各種復雜挑流鼻坎的水力特性。目前國內外學者針對新型消能工挑射距離等水力特性的研究主要采取理論公式推導、模型試驗和數(shù)值模擬等手段展開。本文首先簡單介紹挑流消能的數(shù)值模擬理論與方法,針對普通差動式挑坎水舌僅有橫向擴散的問題,提出一種新型縱向錯落差動式挑坎結構,并對其挑流消能水力特性進行數(shù)值計算研究,本文主要研究內容及結論如下:（1）遵循差動式挑坎的設計原則,基于工程原有溢流堰的下游坡比和堰型曲線,設計五種不同高低坎挑角的新型縱向錯落差動式挑坎,彼此高坎反弧半徑也各不相同。并將工程實例原本的連續(xù)式挑坎按校核洪水位、設計洪水位分別進行數(shù)值模擬。計算所得坎頂流速與公式估算值基本吻合,驗證了數(shù)值模擬應用于新型消能工研究的可行性。（2）在CAD軟件中繪制五種新型挑坎的二維剖面圖,然后導入Gambit軟件中拉伸三維建模,非結構性網(wǎng)格劃分采用ICEM CFD軟件。經過質量檢驗的網(wǎng)格在Fluent軟件中計算。采用后處理軟件Tecplot繪制新型挑坎不同剖面的水舌流態(tài)圖、湍動能和湍動能耗散率... 

【文章來源】：西華大學四川省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

挑流消能示意圖

西華大學碩士學位論文2 挑流消能的數(shù)值模擬理論與方法2.1 挑流消能工的水力特性分析在挑流消能發(fā)展過程中，針對前一章所提到的挑坎處水舌被撕裂的局部消能，人們不斷地改進挑流消能坎的形狀，以求達到更滿意的消能效果。出于盡可能加大水舌各向摻氣擴散面積、增大挑距以保護基礎目的，改進發(fā)明了差動式挑坎、窄縫式挑坎等系列新型挑流鼻坎[30,31]。針對不同挑流消能工的水力特性，可從各自的類型角度進行分析。2.1.1 連續(xù)式挑坎連續(xù)式挑坎（continues flip bucket）是體型最為簡單的一種挑坎，主要體型參數(shù)是反弧半徑 R、挑角（反弧半徑的末端角度θ）、坎高 a（由反弧底到挑坎頂?shù)母卟睿�。其中設計尺寸需滿足關系式 a = R（ 1- cos ）。

差動式挑坎動式挑流鼻坎（differential flip bucket）[34]的高坎（齒）和低坎（槽）較為泄水流分為若干股不同出射角度的水舌。高坎和低坎互不相同的挑角使得同，因此在下游河床被沖刷的面積得到有效增大，有利于對泄水建筑物的且相比于簡單的連續(xù)式挑坎，高低坎水舌彼此之間的摩擦消能和摻氣消能坎的體型而得到明顯增加。此外，合理選用高低坎的橫剖面形狀時，還能免側壁空蝕的發(fā)生。研究差動式挑坎水力特性時，劉延瓊[35]等人集合擴散式、窄縫式、差動式首創(chuàng)性地提出高擴散低收縮差動式挑坎。著重分析了其兩個重要體型參數(shù)差的取值范圍，以期望獲得良好的水流流態(tài)和下游沖刷。當改變高擴散低坎收縮比時，張挺[36,37]等人采用模型試驗手段從高低坎的分流規(guī)律、坎內游最大沖坑深度等多個指標來綜合衡量對其水力特性的影響，并得出之間，還發(fā)現(xiàn)側壁位置不存在負壓區(qū)。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]三維VOF模型在臺階式溢洪道中的應用研究[D]. 郭馨.青海大學 2017
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[5]溢洪道彎道段水力特性的數(shù)值模擬與試驗研究[D]. 欒京京.山東大學 2015
[6]某階梯溢洪道的水流水力特性數(shù)值模擬研究[D]. 高夢露.大連理工大學 2015
[7]溢流壩泄流過程水流流態(tài)數(shù)值模擬[D]. 楊思雨.大連理工大學 2015
[8]洞式溢洪道的水力特性試驗及數(shù)值模擬研究[D]. 張巖.大連理工大學 2015
[9]小灣河水庫臺階溢洪道泄流三維數(shù)值模擬[D]. 施小金.西北農林科技大學 2014
[10]阿拉溝水庫溢洪道泄水水力特性試驗研究和數(shù)值模擬[D]. 木克然·阿娃.新疆農業(yè)大學 2013



本文編號：3047371