近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國在河流中修建了大量水利工程設(shè)施,這些工程可以調(diào)洪蓄洪保護(hù)河流沿岸免遭洪澇災(zāi)害,同時又可以提供清潔廉價的電力資源,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供保障。在對大型水利水電樞紐工程泄洪問題的研究當(dāng)中,泄洪建筑物的水力特性是值得深入研究的方向。泄洪建筑物主要用于宣泄上游過量來水,其型式主要有溢洪道、泄洪底孔、水工隧洞、泄洪閘以及組合使用或衍生的各類設(shè)施。21世紀(jì)前泄洪建筑物水力特性的研究主要依靠物理模型試驗。目前隨著計算機(jī)性能的不斷提升以及計算流體動力學(xué)的發(fā)展,數(shù)值模擬技術(shù)克服了模型試驗耗時費力、難以獲得流場全域的水力數(shù)據(jù)等缺點,在工程中應(yīng)用日趨廣泛,逐漸成為物理模型試驗的重要輔助手段。本文采用物理模型試驗和數(shù)值模擬計算相結(jié)合的方法對泄洪底孔的水力特性進(jìn)行研究,所做工作主要如下：(1)介紹了對于泄洪底孔研究的目的、意義和現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。(2)對紊流數(shù)值模擬的基本理論進(jìn)行歸總敘述,簡要介紹基本控制方程的表達(dá)形式、數(shù)值離散方法、幾種常用的紊流模型、自由水面模擬方法、流場數(shù)值計算方法等基本原理。(3)介紹了某水利樞紐的工程概況,結(jié)合實際工程對泄洪底孔進(jìn)行了水工模型試驗研究。介紹了模型試驗中的模型設(shè)計、模型安裝和數(shù)據(jù)測量等注意事項,通過試驗觀測了泄洪底孔泄流的流態(tài),并得到了水面高程、流速分布和底板壓強(qiáng)等實測數(shù)據(jù)。(4)為了充分研究泄洪底孔的水力特性,利用Fluent商用計算軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流數(shù)值模型和體積分?jǐn)?shù)法(VOF)自由表面追蹤技術(shù),對某重力壩泄洪底孔全程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究。數(shù)值模擬得到了設(shè)計洪水位和校核洪水位兩種工況下,泄洪底孔的沿程水面線、底板壓強(qiáng)以及流速分布等水力特性。數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗數(shù)據(jù)對比分析,二者吻合較好,研究成果表明：數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用在實際工程泄洪方面的研究是可行的。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TV135.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文的主要研究方法
    1.4 本論文的主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
2 紊流數(shù)值模擬理論
    2.1 紊流數(shù)值模擬基本理論
        2.1.1 紊流數(shù)值方法
        2.1.2 紊流的基本方程
        2.1.3 零方程模型
        2.1.4 一方程模型
        2.1.5 雙方程模型
    2.2 數(shù)值離散方法
    2.3 自由表面處理方法
        2.3.1 對稱性邊界
        2.3.2 高度函數(shù)法
        2.3.3 標(biāo)記網(wǎng)格法
        2.3.4 體積分?jǐn)?shù)法
    2.4 流場數(shù)值計算方法
        2.4.1 SIMPLE算法
        2.4.2 SIMPLEC算法
        2.4.3 PISO算法
    2.5 本章小結(jié)
3 某工程泄洪底孔的物理模型試驗
    3.1 工程概況
    3.2 模型設(shè)計與制作方法簡介
        3.2.1 相似準(zhǔn)則與模型比尺
        3.2.2 模型的制作
        3.2.3 模型沙粒徑的確定
        3.2.4 模型試驗測試手段
        3.2.5 模型圖
    3.3 物理模型試驗結(jié)果
        3.3.1 泄洪底孔的泄流能力
        3.3.2 沿程水面高程
        3.3.3 沿程壓強(qiáng)分布及閘槽段水力特性
        3.3.4 沿程流速分布和空化數(shù)
        3.3.5 泄洪底孔的河床沖刷
    3.4 本章小結(jié)
4 泄洪底孔的三維數(shù)值模擬
    4.1 數(shù)值模擬軟件介紹
        4.1.1 ANSYS ICEM CFD網(wǎng)格劃分軟件概述
        4.1.2 FLUENT流體力學(xué)軟件概述
        4.1.3 Tecplot后處理軟件概述
    4.2 計算區(qū)域模型及與網(wǎng)格劃分
    4.3 計算方法與求解器類型
    4.4 邊界條件
    4.5 數(shù)值模擬結(jié)果分析
        4.5.1 水流流態(tài)
        4.5.2 沿程水面高程
        4.5.3 沿程壓強(qiáng)分布
        4.5.4 沿程流速分布
    4.6 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2842576