本文關(guān)鍵詞：潰壩水流沖刷三維數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：潰壩水流是一種由嚴(yán)重的自然災(zāi)害引發(fā)的破壞性水流,具有突發(fā)、來勢洶涌的特征,對壩下游河道和兩岸生命財產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅。早期關(guān)于潰壩的研究以理論和試驗為主,隨著計算機和CFD的發(fā)展,數(shù)值模擬已被證明是一種研究潰壩水流演進(jìn)的有效手段并被廣泛運用。潰壩水流數(shù)值模擬目前以二維模型為主,但復(fù)雜地形上潰壩水流呈現(xiàn)明顯的三維特性,三維數(shù)值模型更能反映潰壩水流的演進(jìn)過程和沖刷機理。本文基于FLOW-3D建立定床和動床三維潰壩數(shù)值模型,用兩個經(jīng)典潰壩試驗數(shù)據(jù)以驗證模擬水動力和泥沙沖刷的有效性。本文將采用三維潰壩數(shù)值模型模擬突然擴(kuò)張渠道的水流演進(jìn)和沖刷,探討試驗中不易獲知的潰壩水流現(xiàn)象。進(jìn)而設(shè)置四種潰決模式考慮壩體潰決速度和潰口尺寸,分別模擬分析瞬時潰壩和逐漸潰壩、不同潰口寬度對潰壩水流演進(jìn)和沖刷的影響。結(jié)果表明,壩體潰決速度對擴(kuò)寬處床面影響較小,潰口寬度影響則較大；潰口寬度對口門處的影響較大,潰口越小,沖刷越嚴(yán)重�？紤]障礙物對潰壩水流的影響,根據(jù)障礙物的數(shù)量及其排列位置,本文設(shè)置三種工況分別進(jìn)行流場的分析。流場的計算結(jié)果表明,障礙物周圍的水流結(jié)構(gòu)復(fù)雜,存在一個復(fù)雜的“漩渦體系”；障礙物對上游水面變化的影響較小,但對側(cè)向和后方水面變化影響較大；障礙物對其前后位置流速的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對兩側(cè)位置流速的影響,障礙物對其上游影響范圍在1.5D(0.15m)左右,對下游影響范圍在2D(0.20m)左右；障礙物間距對速度場演化有一定影響,其間距越小影響越大。間距小時有一個速度先增后減的低流速區(qū),間距大時這個低流速區(qū)消失,障礙物附近的速度場分布與單障礙物時候接近。考慮障礙物對潰壩床面沖刷的影響,本文將對三種工況分別進(jìn)行沖刷的分析。沖刷的計算結(jié)果表明,水流遇到障礙物時的傳播過程是一個出現(xiàn)局部沖刷且沖坑逐漸拓寬和刷深的過程；沖刷主要發(fā)生在潰壩的初期階段,隨后沖刷坑的深度和范圍逐漸穩(wěn)定,僅在坑內(nèi)局部變化,最后形成穩(wěn)定床面；沖刷主要在障礙物前側(cè)和兩側(cè),最大沖刷位置在前側(cè),然后是左側(cè),最后是右側(cè),其中,初始時刻時兩側(cè)的沖刷強度要大于前側(cè)；障礙物數(shù)量的增多和其間距的減小使沖刷更為顯著。
【關(guān)鍵詞】：潰壩水流 三維潰壩數(shù)值模型 潰決模式 障礙物
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV122.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 潰壩問題理論研究11-12
• 1.2.2 潰壩問題試驗研究12-13
• 1.2.3 潰壩問題數(shù)值模擬13-14
• 1.2.4 潰壩壩體潰決模式14-15
• 1.3 本文研究內(nèi)容15-16
• 1.4 創(chuàng)新點16-18
• 2 潰壩數(shù)學(xué)模型18-43
• 2.1 數(shù)值計算方法18-28
• 2.1.1 基本方程18-20
• 2.1.2 計算網(wǎng)格20-22
• 2.1.3 湍流模型22-23
• 2.1.4 自由表面處理方法23-24
• 2.1.5 泥沙沖刷模塊24-28
• 2.2 定床模型的建立和驗證28-37
• 2.2.1 潰壩水動力水槽試驗28-31
• 2.2.2 對流項離散方法選擇和收斂性驗證31-33
• 2.2.3 定床驗證結(jié)果分析33-37
• 2.3 動床模型的建立和驗證37-43
• 2.3.1 潰壩沖刷水槽試驗37-39
• 2.3.2 動床驗證結(jié)果分析39-43
• 3 突然擴(kuò)張渠道的三維潰壩數(shù)值模擬43-55
• 3.1 突擴(kuò)流算例43-44
• 3.2 突擴(kuò)流計算結(jié)果分析44-49
• 3.3 不同潰決模式下的工況設(shè)置49
• 3.4 潰決速度對水流沖刷的影響49-51
• 3.5 潰口寬度對水流沖刷的影響51-55
• 4 有障礙物的三維潰壩數(shù)值模擬55-67
• 4.1 計算區(qū)域和工況設(shè)置55
• 4.2 障礙物周圍水流結(jié)構(gòu)55-57
• 4.3 障礙物周圍床面沖刷57-59
• 4.4 流場的計算結(jié)果分析59-63
• 4.5 沖刷的計算結(jié)果分析63-67
• 5 結(jié)論及展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 作者簡歷73

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：潰壩水流沖刷三維數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：500384