本文關(guān)鍵詞：尾礦庫排水系統(tǒng)水工模型試驗及數(shù)值模擬

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【摘要】：近年來,我國尾礦庫數(shù)量不斷增多,整體安全問題依然較為嚴(yán)峻,尾礦庫安全事故時有發(fā)生,對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、環(huán)境和人民生命財產(chǎn)安全造成巨大的損失。相關(guān)統(tǒng)計表明,尾礦庫排水系統(tǒng)的泄流能力不足或排洪失效是引起尾礦庫安全事故的主要原因。目前國內(nèi)外對尾礦庫的研究多集中在環(huán)保、壩體穩(wěn)定和滲流等方面,而對排水系統(tǒng)的研究較少。本文以河北省某尾礦庫排水系統(tǒng)為背景,采取正態(tài)水工模型試驗輔以數(shù)值模擬的方法對其泄流能力、水流流態(tài)等進(jìn)行研究,為相關(guān)部門的設(shè)計、管理提供參考。水工模型試驗是在按一定比尺縮小的模型中復(fù)演與原型相似的水流,進(jìn)行水工建筑物各種水力學(xué)問題研究的試驗技術(shù)。本文按照重力相似準(zhǔn)則構(gòu)建正態(tài)水工模型,主要試驗內(nèi)容包括:(1)確定滿足選礦廠所需回水量的排水井拱板封堵高程。(2)量測排水系統(tǒng)的泄流流量,判斷能否通過所需最大泄流量。(3)觀察正常工況和洪水工況下系統(tǒng)內(nèi)水流流態(tài),判定是否存在不良流態(tài),并討論不良流態(tài)出現(xiàn)的位置及可能造成的危害。(4)量測排水系統(tǒng)各段水流流速,判斷是否會對排水系統(tǒng)邊壁產(chǎn)生沖刷破壞。相比水工模型試驗,計算流體力學(xué)(CFD)方法具有成本低廉、省時高效、數(shù)據(jù)全面、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點,近年迅速發(fā)展起來并應(yīng)用到實際工程中。目前在尾礦庫排水系統(tǒng)的設(shè)計、研究中,CFD應(yīng)用尚不廣泛。本文對CFD主要流體控制方程、離散化方法、邊界條件、自由液面模擬技術(shù)等方面進(jìn)行了闡述,并在水工模型試驗的基礎(chǔ)上,建立尾礦庫排水系統(tǒng)特征部位的三維數(shù)值模型,模擬其水流流態(tài)。經(jīng)對比,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,表明CFD在尾礦庫排水系統(tǒng)研究中的應(yīng)用是可行的。
【關(guān)鍵詞】：尾礦庫 排水系統(tǒng) 水工模型試驗 計算流體力學(xué) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD926.4;TV649
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 尾礦庫概述9-10
• 1.1.1 尾礦庫概念9
• 1.1.2 我國尾礦庫現(xiàn)狀和特點9-10
• 1.2 尾礦庫安全和排水系統(tǒng)重要性10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 本文主要工作13-14
• 第二章 模型試驗設(shè)計與制作14-35
• 2.1 工程概況14-22
• 2.1.1 基本設(shè)計情況14
• 2.1.2 尾礦庫排水系統(tǒng)14-22
• 2.2 試驗設(shè)計理論22-28
• 2.2.1 水工模型試驗簡述22
• 2.2.2 相似理論22-28
• 2.3 模型設(shè)計28-33
• 2.4 模型制作33-35
• 第三章 模型試驗及成果分析35-69
• 3.1 拱板封堵高程的確定35-36
• 3.1.1 堆積標(biāo)高為 610.00 m時拱板封堵高程35
• 3.1.2 堆積標(biāo)高為 820.00 m時拱板封堵高程35-36
• 3.2 泄流流量36-38
• 3.3 水流流態(tài)38-64
• 3.3.1 堆積標(biāo)高為 610.00 m時水流流態(tài)38-45
• 3.3.2 堆積標(biāo)高為 820.00 m時水流流態(tài)45-64
• 3.4 水流流速64-66
• 3.4.1 堆積標(biāo)高為 610.00 m時水流流速64
• 3.4.2 堆積標(biāo)高為 820.00 m時水流流速64-66
• 3.5 體型優(yōu)化措施66-67
• 3.6 本章小結(jié)67-69
• 第四章 排水系統(tǒng)數(shù)值模擬的理論概述69-76
• 4.1 計算流體力學(xué)概述69-70
• 4.2 流體動力學(xué)控制方程70-71
• 4.2.1 質(zhì)量守恒方程70-71
• 4.2.2 動量守恒方程71
• 4.3 湍流模型71-74
• 4.3.1 湍流理論71-72
• 4.3.2 湍流的控制方程72-73
• 4.3.3 湍流的數(shù)值模擬方法73-74
• 4.4 控制方程的離散化74
• 4.5 自由液面模擬技術(shù)74-76
• 第五章 排水系統(tǒng)數(shù)值模擬結(jié)果及分析76-92
• 5.1 數(shù)值模型建立76
• 5.2 排水井入流模擬76-79
• 5.3 豎井水流模擬79-87
• 5.3.1 P9號豎井水流模擬79-83
• 5.3.2 P10號豎井水流模擬83-87
• 5.4 P2彎折段水流模擬87-91
• 5.5 本章小結(jié)91-92
• 第六章 結(jié)論與展望92-94
• 6.1 結(jié)論92-93
• 6.2 展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-97
• 致謝97-98
• 個人簡歷、在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98

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