水利水電工程泄水樞紐下游的沖刷問題普遍存在。就中低水頭工程而言,往往具有低水頭、泄流量大、低弗勞德數(shù)、下游河道覆蓋層厚等特點(diǎn)。因而,其下游護(hù)坦、海漫等建筑物發(fā)生沖刷破壞的現(xiàn)象更為普遍,情況嚴(yán)重的將直接威脅到水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,準(zhǔn)確地預(yù)測水電站下游河道的流場信息、沖刷坑最大沖刷深度及沖刷范圍,對于水利水電工程安全設(shè)計(jì)運(yùn)行具有重要意義。本文以青海玉樹當(dāng)卡水電站為研究對象,基于ANSYS FLUENT提供的動網(wǎng)格技術(shù),對其泄水過程中的水流流場及下游沖刷過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬,得到主要結(jié)論如下:（1）建立了當(dāng)卡水電站三維實(shí)體模型,基于ANSYS FLUENT平臺,采用RNG k-ε湍流模型,結(jié)合使用SIMPLEC算法,對其閘室、消力池以及下游區(qū)域內(nèi)的三維流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過將模擬計(jì)算得到的泄流流量、典型斷面流速分布和水面線沿程分布與模型試驗(yàn)實(shí)測資料進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn),模擬值與實(shí)測值符合較好,表明本文所選數(shù)學(xué)模型合理;（2）分析了河床泥沙顆粒運(yùn)動特性,建立了基于水流隨機(jī)性及床沙分布隨機(jī)性的推移質(zhì)輸沙率公式;根據(jù)河床沖淤平衡原理,將沖淤方程用于自行編寫的UDF文件中,以無粘性沙臨界起動切應(yīng)... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學(xué)陜西省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

壁面粗糙高度設(shè)置Fig2-1WallRoughnessHeightSetting

指定剛體隨時(shí)間變化的角速度、線速度以及預(yù)定軌跡的運(yùn)動或耦合運(yùn)NE_CG_MOTION 宏 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 較 為 簡 單 ， 表 達(dá) NE_CG_MOTION(name,dt,vel,omega,time,dtime)，其中，name 為宏函數(shù)名自定義；dt 為數(shù)據(jù)指針，用于存儲動網(wǎng)格屬性；vel 為平動速度，為一個(gè)數(shù)組了 x、y、z 三個(gè)方向的線速度；omega 為轉(zhuǎn)動速度，為一個(gè)數(shù)組變量，包含了方向的角速度；time 為當(dāng)前時(shí)間；dtime 為時(shí)間步長。DEFINE_GEOMDEFINE_GEOM 主要用于自定義邊界變形的控制，特別是對于較為復(fù)雜的同時(shí)，該宏還可以定義變形區(qū)域（deforming zone）的幾何形狀。DEFINE_結(jié)構(gòu)形式同樣也比較簡單，其表達(dá)式為 DEFINE_GEOM (name,d,dt,position)， 為宏函數(shù)名稱，由用戶自定義；d 為指向區(qū)域的指針，由 Fluent 傳入；dt 針，用于儲存網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屬性；position 為存儲網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置的數(shù)組指針。值，該宏函數(shù)除了 name 是由用戶自定義的，其余各項(xiàng)參數(shù)均由 Fluent 中傳入動區(qū)域網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化后網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)始終在規(guī)定幾何形狀上，動區(qū)域節(jié)后投影到幾何圖上，如圖 2-5 所示。

圖 2-3 彈簧光順網(wǎng)格變化Fig.2-3 Meshes deforming of Smoothing Methods.3.2 動態(tài)層網(wǎng)格法（Dynamic Layering Methods）當(dāng)處理網(wǎng)格拉伸變形時(shí)，F(xiàn)LUENT 中最為有效的方法是動態(tài)層鋪法（Dynering Methods）。該方法主要思路是對于棱柱（六面體或者楔形）網(wǎng)格，檢測運(yùn)連的網(wǎng)格高度，通過將其與用戶設(shè)定的高度閾值比照來控制網(wǎng)格分裂或是合并2-4 所示，若定義第 j 層網(wǎng)格的高度閾值為 h，則處于移動邊界面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)度閾值與相鄰的第 i 層網(wǎng)格發(fā)生分離或合并，進(jìn)而使第 j 層網(wǎng)格的高度始終控內(nèi)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]橫丹水電站下游沖刷坑二維數(shù)值模擬[J]. 張根廣,高改玉,田艷,梁宗祥.  應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]基于圖像識別的非恒定流卵礫石輸移試驗(yàn)研究[J]. 楊勝發(fā),曾施雨,胡江,陳陽.  泥沙研究. 2017(04)
[3]泄水建筑物下游沖刷坑二維數(shù)值模擬[J]. 張根廣,王新雷,吳彰松,李林林.  泥沙研究. 2017(03)
[4]正負(fù)坡上均勻散粒體泥沙起動流速的研究[J]. 李林林,張根廣,吳彰松,高遠(yuǎn).  泥沙研究. 2016(05)
[5]基于相對暴露度的無黏性均勻泥沙起動流速公式[J]. 張根廣,周雙,邢茹,梁宗祥.  應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
[6]均勻泥沙相對暴露度的試驗(yàn)研究[J]. 周雙,張根廣,王新雷,邢茹.  泥沙研究. 2015(06)
[7]無黏性泥沙休止角與表層沙摩擦角試驗(yàn)[J]. 孟震,王浩,楊文俊.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2015(11)
[8]泥沙起動概率的高速攝影測量方法[J]. 苗蔚,陳啟剛,李丹勛,鐘強(qiáng).  水科學(xué)進(jìn)展. 2015(05)
[9]斜坡上均勻散粒體泥沙的起動流速研究[J]. 周雙,張根廣,梁宗祥,邢茹.  泥沙研究. 2015(04)
[10]推移質(zhì)平衡輸沙率公式研究[J]. 孟震,陳槐,李丹勛,王興奎.  水利學(xué)報(bào). 2015(09)

博士論文
[1]挑射水流對巖石河床的沖刷機(jī)理研究[D]. 劉沛清.清華大學(xué) 1994

碩士論文
[1]閘壩下游沖刷坑形態(tài)三維數(shù)值模擬[D]. 吳彰松.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2017
[2]當(dāng)卡水電站下游沖刷坑形態(tài)的試驗(yàn)研究[D]. 王新強(qiáng).西北農(nóng)林科技大學(xué) 2014
[3]巨亭水電站下游沖刷過程三維數(shù)值模擬研究[D]. 田艷.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2014
[4]當(dāng)卡水電站下游局部沖刷坑深度試驗(yàn)研究[D]. 劉向宇.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2014
[5]泥沙顆粒相對隱蔽度理論分析及其應(yīng)用[D]. 孟震.長江科學(xué)院 2011
[6]低水頭航電樞紐泄水閘下游局部沖刷問題研究[D]. 侯斌.長沙理工大學(xué) 2010
[7]低水頭泄水建筑物消能措施數(shù)值模擬[D]. 史志鵬.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2010



本文編號：3629314