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两级消力池溢洪道水力特性试验研究及数值模拟

作　者: 姚富强
导　师: 田淳
学　校: 太原理工大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 溢洪道 水力特性 物理模型 弯道水流 FLUENT软件
分类号: TV135
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
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内容摘要


溢洪道作为典型的泄水建筑物,在布置时应该尽量平顺,以保证水流状态良好,但在实际水利工程中,由于受到自然条件、枢纽布置、经济指标等因素限制,溢洪道有时采用比较特殊的连续两级消力池和曲线型弯道,这样可以充分利用地形、减小工程量、节省工程造价,但这样将导致水流流态复杂、变化剧烈,对消能防冲不利,给水利工程设计带来很大困难。本文结合阳坡水库的工程实际采用物理模型试验、水力学计算、紊流数值模拟相结合的方式,对溢洪道连续两级消力池和弯道水流的主要水力特性进行了研究,主要研究内容包括：1.物理模型试验研究溢洪道的水位、流量、流速等主要水力特性。2.根据模型试验结果,针对溢洪道连续消力池水流流态和消能防冲问题,提出改善的工程措施,为溢洪道的安全可靠运行提供保证。3.通过物理模型试验,提出改善弯道水流流态的优化措施,为工程的设计及实施提供依据。4.针对典型工况,利用FLUENT软件对溢洪道转弯段进行三维数值模拟,并与物理模型试验成果进行了比较分析,三维数值模拟结果与模型实测结果吻合良好,并提出了提高数值模拟精度的处理方法。本课题有一定的理论意义和现实意义,具有一定的学术价值,可为类似工程设计和物理模型试验提供参考。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 概述  9-16
  1.1 问题的提出  9
  1.2 研究的目的和意义  9-10
  1.3 国内外相关研究综述  10-14
  1.4 研究方法  14-15
  1.5 本文的研究任务  15-16
第二章 溢洪道物理模型试验  16-22
  2.1 基本原理  16-17
  2.2 工程概况  17-18
  2.3 模型设计  18-19
    2.3.1 相似条件  18-19
    2.3.2 模型比尺的确定  19
  2.4 模型布置  19-20
  2.5 试验水循环系统  20-21
  2.6 量测内容及测点布置  21
  2.7 模型试验工况  21
  2.8 模型试验目的与任务  21-22
第三章 模型试验成果及分析  22-33
  3.1 流态描述  22-23
  3.2 水位与流量关系成果及分析  23-25
    3.2.1 计算水位与流量关系曲线  23-24
    3.2.2 实测水位与流量关系曲线  24
    3.2.3 比较分析  24
    3.2.4 流量系数分析  24-25
  3.3 水面线成果及分析  25-27
    3.3.1 计算水面线  25-26
    3.3.2 实测水面线  26-27
    3.3.3 水面线比较分析  27
  3.4 流速成果及分析  27-28
    3.4.1 计算流速  27
    3.4.2 实测流速  27-28
    3.4.3 流速比较分析  28
  3.5 存在问题  28-29
  3.6 优化措施  29-33
    3.6.1 二级消力池优化  29
    3.6.2 平底转弯段优化  29-32
    3.6.3 优化成果  32-33
第四章 转弯段水流三维数值模拟  33-53
  4.1 数值模拟  33-39
    4.1.1 控制方程  33-35
    4.1.2 离散方法  35-36
    4.1.3 VOF模型  36-37
    4.1.4 离散方程的解法  37-39
  4.2 FLUENT软件概述  39-43
    4.2.1 FLUEN介绍  39-42
    4.2.2 CFD工作流程  42
    4.2.3 FLUENT软件模拟步骤  42-43
    4.2.4 收敛标准  43
  4.3 FLUENT软件模拟  43-47
    4.3.1 模拟工况  43
    4.3.2 划分网格  43-44
    4.3.3 启动求解器检查网格  44
    4.3.4 设置定解参数  44-46
    4.3.5 开始求解  46-47
    4.3.6 计算结果  47
  4.4 数值模拟与模型试验对比分析  47-53
    4.4.1 原设计方案  47-49
    4.4.2 优化方案(加槛方案)  49-53
第五章 结论与展望  53-55
  5.1 主要结论  53-54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-58
附录  58-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的学术论文及参加的工程项目  79
  1. 发表的学术论文  79
  2. 参加的工程项目  79

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 水力学 > 工程水力学（水工建筑水力学）
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