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丁坝绕流结构的试验及数值研究

作　者: 胡华锋
导　师: 张华庆；蒋昌波
学　校: 长沙理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 丁坝 ADV 紊动强度标准k-ε紊流模型大涡模型正交曲线
分类号: TV135
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 120次
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内容摘要

随着水利工程的不断兴建,丁坝作为河道整治的主要手段应用越来越广泛。正确认识丁坝附近水流结构对丁坝坝头型式优化、丁坝尺寸确定、丁坝间距布置具有重要的指导意义。丁坝附近流动具有高度的三维性和紊动性,虽然目前国内对丁坝水流结构研究较多,但大多数都是建立在时均物理量研究的基础上,对丁坝附近水流的脉动信息获取少,其紊动机理研究工作还有待于进一步开展。本文在前人研究丁坝水流结构的基础上,从水槽试验和数值研究两方面展开丁坝水流问题的研究工作。利用美国Sontek公司制造超声多普勒流速仪(ADV)对非淹没单丁坝、淹没单丁坝、双丁坝三种工况下丁坝上下游典型断面实施三维瞬时速度测量,通过数据后处理软件WinADV获得时均流速、紊动强度、紊动动能等物理量,分析总结这些物理量空间分布规律,初步认识丁坝附近水流的紊动机理。丁坝的修建引起流线集中,造成局部流动结构的改变,几种典型的复杂流动现象在丁坝附近同时出现,如分离、回流、弯曲剪切层、高强度紊流以及移动边界等,要描述这些复杂的水流结构,必须引进合适的紊流模型。本文采用水深平均平面二维的k-ε紊流模型和大涡模型并行计算非淹没单丁坝绕流现象,比较两种模型的计算结果,并讨论k-ε紊流模型经验参数的取值对丁坝回流长度的影响。为了进一步验证建立水深平均的平面二维大涡模型可靠性,根据模型相似原理,再将其推广到矩形断面的大尺度水域计算中,最后以广西融江螺滩为工程背景,建立正交曲线坐标系下平面二维大涡模型进行天然河道中、枯水两级流量下水流计算,应用数据可视化技术将计算结果制作成动态流场显示画面,为进一步实施航道整治提供参考。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究目的及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-16
  1.3 本文的研究内容及方法  16-18
第二章丁坝附近水流紊动特性实验研究  18-52
  2.1 丁坝影响区的水流结构特点  18-20
  2.2 超声多普勒测速技术  20-22
  2.3 丁坝绕流紊动特性实验研究  22-50
  2.4 本章小结  50-52
第三章非淹没单丁坝绕流数学模型的建立及求解  52-65
  3.1 水深平均平面二维水流基本方程  52-54
  3.2 平面二维大涡模型方程  54-58
  3.3 方程的离散及求解  58-63
  3.4 本章小结  63-65
第四章非淹没单丁坝绕流计算与分析  65-74
  4.1 水槽丁坝绕流的平面二维数值模拟  65-72
  4.2 大尺度水域丁坝绕流大涡模拟  72-73
  4.3 本章小结  73-74
第五章正交曲线坐标系下的平面二维大涡模型  74-87
  5.1 正交曲线网格的生成原理  74-79
  5.2 正交曲线坐标系下的平面二维大涡模型  79-82
  5.3 正交曲线坐标系下控制方程的离散及求解  82-85
  5.4 本章小结  85-87
第六章正交曲线坐标系下的平面二维大涡模型在河道中的应用  87-97
  6.1 工程概况  87-88
  6.2 数学模型的验证  88-93
  6.3 河道中枯水流场动态显示及水流流态分析  93-96
  6.4 本章小结  96-97
第七章结论与展望  97-100
  7.1 结论  97-98
  7.2 展望  98-100
参考文献  100-104
致谢  104-105
附录 A（攻读学位期间发表论文目录）  105
附录 B（攻读学位期间从事科研项目目录）  105-106
详细摘要  106-114

丁坝绕流结构的试验及数值研究

内容摘要

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