琴鍵堰是一種新型迷宮式溢流堰,具有超強(qiáng)的泄流能力,其上下游順?biāo)鞣较虻箲业脑O(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)迷宮堰基座占地面積較大的缺陷,從而可以更廣泛的安置在大壩或溢洪道上,有效地解決各類水庫泄洪能力不足的問題。由于琴鍵堰流態(tài)復(fù)雜、體型參數(shù)眾多且泄流能力的大小直接取決于體型參數(shù)的大小,因此對其水力特性及體型參數(shù)的研究具有重要意義。本文結(jié)合琴鍵堰模型試驗(yàn),采用FLOW-3D軟件,選用RNG k-ε湍流模型和VOF法自由表面捕捉技術(shù),模擬研究了上下游倒懸比對琴鍵堰泄流特性的影響及琴鍵堰下游的沖刷特性。主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)通過試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究了倒懸比為2.5的非對稱琴鍵堰的泄流特性。首先結(jié)合網(wǎng)格無關(guān)性及收斂性分析,通過對比流量、堰上水頭、水面線、流態(tài)等信息驗(yàn)證了該數(shù)值模擬方法對琴鍵堰泄流模擬的可行性,然后詳細(xì)分析了上下游倒懸不對稱布置下琴鍵堰的流態(tài)特征、流速分布及壓強(qiáng)分布特點(diǎn)。(2)模擬計(jì)算了倒懸比為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、∞時(shí)六種琴鍵堰的流動,分析了泄流能力隨倒懸比參數(shù)的變化規(guī)律及影響機(jī)制。結(jié)果表明倒懸比是影響琴鍵堰泄流能力的重要體型參數(shù),在同一堰上水頭下,倒懸比越大,琴鍵堰的泄...

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
符號說明
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 迷宮堰發(fā)展歷程
        1.2.2 琴鍵堰研究進(jìn)展
    1.3 琴鍵堰研究方法
    1.4 本文研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
    1.5 本章小結(jié)
2 數(shù)值模擬理論
    2.1 計(jì)算模型
        2.1.1 紊流模型
        2.1.2 泥沙沖刷模型
    2.2 運(yùn)動方程
    2.3 數(shù)值求解方法
        2.3.1 控制方程的離散
        2.3.2 控制方程的求解
    2.4 FLOW-3D軟件介紹
        2.4.1 基本操作流程
        2.4.2 網(wǎng)格劃分方法
        2.4.3 自由液面處理方法
    2.5 本章小結(jié)
3 實(shí)驗(yàn)及模型驗(yàn)證
    3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及測量工具
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        3.1.2 琴鍵堰試驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>        3.1.3 實(shí)驗(yàn)測量工具及內(nèi)容
    3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算
    3.3 琴鍵堰數(shù)值模型建立
        3.3.1 數(shù)值模型構(gòu)建
        3.3.2 網(wǎng)格劃分及收斂性與無關(guān)性分析
        3.3.3 邊界條件設(shè)置及計(jì)算工況
        3.3.4 模型選擇
    3.4 數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)結(jié)果分析
        3.4.1 泄流能力對比分析
        3.4.2 模擬與試驗(yàn)流態(tài)對照
    3.5 本章小結(jié)
4 非對稱型琴鍵堰水流特性分析
    4.1 流態(tài)分析
    4.2 流速分析
    4.3 壓強(qiáng)分析
    4.4 本章小結(jié)
5 倒懸比對琴鍵堰泄流能力的影響
    5.1 模擬工況與體型
    5.2 計(jì)算結(jié)果分析
        5.2.1 總泄流能力分析
        5.2.2 各溢流前緣泄流能力分析
    5.3 本章小結(jié)
6 琴鍵堰下游河床沖刷特性數(shù)值模擬分析
    6.1 模型試驗(yàn)
    6.2 下游河床沖刷數(shù)值模型
        6.2.1 模型構(gòu)建
        6.2.2 網(wǎng)格劃分
        6.2.3 邊界條件、初始條件及泥沙特性設(shè)置
    6.3 模型驗(yàn)證
        6.3.1 沖刷平衡判斷條件
        6.3.2 結(jié)果對比分析
    6.4 流量對琴鍵堰下游河床沖刷的影響
        6.4.1 模擬工況
        6.4.2 不同流量下的沖坑形態(tài)比較
        6.4.3 不同流量下速度場的變化
        6.4.4 不同流量下紊流場的變化
        6.4.5 不同流量下床面剪切應(yīng)力的變化
    6.5 泥沙粒徑對琴鍵堰下游河床沖刷的影響
        6.5.1 模擬工況
        6.5.2 不同粒徑下的沖坑形態(tài)比較
        6.5.3 不同粒徑下速度場的變化
        6.5.4 不同粒徑下紊流場的變化
        6.5.5 不同粒徑下床面剪切應(yīng)力的變化
    6.6 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間主要研究成果



本文編號：3846085