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Y型窄缝消能工研究

作　者: 巩兴晖
导　师: 刘韩生
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: Y型窄缝消能水力特性模型试验数值模拟 VOF方法
分类号: TV653.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要

我国的水利事业迅速发展,水利枢纽中泄水建筑物的消能问题也越来越突出,为了确保水库的安全并使其充分发挥工程效益,消能防冲已经成为水利科学重要的研究方向。随着我国大批峡谷高坝的修建,窄缝消能工因其较高的消能率,被广泛、成功的应用于国内外高水头泄水建筑物中,成为一种高效的消能工。本文根据斯木塔斯水电站导流兼深孔泄洪洞的运行特点,提出了一种Y型窄缝消能工方案。为了对其水力特性进行更近一步的探讨,根据整理的国内外窄缝消能工研究成果,在分析窄缝消能工共有特点的基础上,以斯木塔斯水电站泄洪洞为研究对象,采用水工物理模型试验与三维数值模拟计算相结合的方法对Y型窄缝消能工进行了较为深入的研究。物理模型采用1:30的大比例尺水工模型,针对上游不同水位,泄洪洞工作闸门不同开度对Y型窄缝消能工拟定体型进行了物理模型试验,试验得出了出射水舌的形态、边墙的压力分布、下游河床的冲刷等水力特性的基本规律,论证了该Y型窄缝消能工体型的合理性。采用标准kε双方程湍流模型,引入VOF模型求解自由水面,对斯木塔斯泄洪洞Y型窄缝消能工进行了三维数值模拟。得到了出口明槽段水面线、射流的形态、不同高程水舌形态、左右侧墙及底板压强等水流特性,并与试验值进行比较,结果表明模拟的精度较高,能够翔实的反映Y型窄缝消能工水流内部的情况,进一步为Y型窄缝消能工在工程中的应用提供可靠的依据。研究成果表明,本文根据斯木塔斯水电站导流兼深孔泄洪洞运行特点提出的Y型窄缝消能工体型设计,成功地解决了该水电站高水头、单宽流量大的泄洪消能问题,该窄缝的设计应用可供同类工程借鉴参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 前言  10
  1.2 消能方式  10-11
  1.3 窄缝挑坎的体型特征  11-13
    1.3.1 收缩比  11-12
    1.3.2 挑角  12-13
    1.3.3 长宽比  13
  1.4 收缩段水面线特征  13
  1.5 侧墙高度  13
  1.6 侧墙的曲线形式  13-14
  1.7 窄缝消能工的消能特性  14
  1.8 窄缝消能工的适用条件  14-15
  1.9 窄缝消能工的发展  15-16
    1.9.1 国外窄缝消能工的发展与应用  15-16
    1.9.2 国内窄缝消能工的发展与应用  16
  1.10 窄缝消能工存在的问题  16-17
  1.11 关于数值模拟  17-20
    1.11.1 数值模拟的概念  17
    1.11.2 数值模拟在泄水建筑物中的应用  17-18
    1.11.3 数值模拟在窄缝挑坎中的应用  18-19
    1.11.4 数值模拟的步骤  19
    1.11.5 数值模拟的特点  19-20
  1.12 本文的研究目的、研究方法、内容及预期效果  20-22
    1.12.1 研究目的  20
    1.12.2 研究方法  20
    1.12.3 研究内容  20-22
第二章 Y 型窄缝消能工体型  22-40
  2.1 窄缝消能工应用现状  22
  2.2 斯木塔斯工程特点  22-25
    2.2.1 工程概况  22-23
    2.2.2 工程特点  23-24
    2.2.3 现有窄缝适用条件  24-25
  2.3 Y 型窄缝消能工的提出  25-27
    2.3.1 Y 型窄缝消能工边墙形式  26-27
    2.3.2 挑角  27
  2.4 Y 型窄缝消能工可行性论证  27-38
    2.4.1 试验简介  27-28
    2.4.2 挑坎出射水舌流态  28-30
    2.4.3 水面线及水舌形态  30-33
    2.4.4 压强分布  33-35
    2.4.5 流速分布  35-36
    2.4.6 空化数  36
    2.4.7 消能效果  36-38
  2.5 Y 型窄缝消能工出口水深计算  38-39
  2.6 本章小结  39-40
第三章 Y 型窄缝消能工三维水力特性数值模拟  40-55
  3.1 数值模拟软件介绍  40-42
    3.1.1 Fluent 软件简介  40-42
    3.1.2 Fluent 软件求解步骤  42
  3.2 数值模拟Y 型窄缝消能工的基本情况  42-43
  3.3 数学模型  43-44
    3.3.1 控制方程  43-44
    3.3.2 自由表面的处理  44
  3.4 划分计算网格  44
  3.5 边界条件的设定  44-45
  3.6 流场的初始化  45
  3.7 数值模拟结果及分析  45-54
    3.7.1 挑流水面线  45-46
    3.7.2 水舌挑流流态  46-51
    3.7.3 压强分布  51-54
  3.8 本章小结  54-55
第四章结论与展望  55-57
  4.1 结论  55
  4.2 展望  55-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
作者简介  61
攻读硕士期间发表论文情况  61
攻读硕士期间参与项目情况  61

Y型窄缝消能工研究

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