学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

横丹水电站水流三维模拟及下游冲刷坑二维模拟

作　者: 高改玉
导　师: 张根广
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 局部冲刷最大冲深及形态剪应力动网格技术 σ自适应网格
分类号: TV135
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

水工建筑物下游冲刷破坏一直是造成水利枢纽损坏的主要原因之一。在河流中修建水利枢纽会导致上下游水位差，水流从上游到下游时会将位能转化为巨大的动能，从而对下游造成冲刷，甚至直接导致泄水建筑物的破坏，因此正确的预测、预报泄水建筑物下游冲刷坑的形态、深度以及其他冲刷坑内部流场信息对于泄水建筑物的安全具有重要意义。本文首先采用FLUENT流体软件，k-ε标准两方程紊流模型闭合N-S方程、有限体积法对网格进行离散、VOF体积法追踪水面位置，建立了横丹水电站枢纽三维数学模型，并进行了流场信息计算和验证；然后通过C语言以及用户自定义对FLUENT软件进行二次开发，计算了闸坝下游二维冲刷坑，得到了冲刷坑最大深度及形态，结论如下：（1）采用有限体积法（简称FVM）及k-ε紊流模型得到了泄洪闸泄流三维流场信息；（2）采用C语言以及用户自定义（UDF），对Fluent进行了二次开发，实现了冲刷坑动态冲刷过程二维模拟；（3）FLUENT自带的动网格技术—局部重划模型可用于计算局部冲刷坑的模拟，冲刷坑最大深度及形态的计算值与实测值拟合良好；（4）局部重划网格在冲刷过程中分布规律为：靠近运动底边界的网格较密，处于冲刷坑中部的网格较疏，整体网格质量良好，表现出非结构网格较强的适应性；（5）床面水流剪应力在冲刷过程中基本上表现为逐渐减小的趋势；（6）σ自适应动网格技术可有效模拟闸坝下游二维冲刷坑，用户自定义（UDF）编程可有效控制冲刷坑底边界及冲刷坑内部网格的调整，且网格质量良好，在计算过程中可保持规则的网格。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究的背景、目的和意义  10
  1.2 国内外研究进展  10-16
    1.2.1 冲刷坑经验公式以及物理模型试验的研究  10-13
    1.2.2 冲刷坑数值模拟的研究以及动态网格的发展  13-16
  1.3 本论文的主要工作及内容  16-17
第二章紊流基础理论及 ANSYS FLUENT 软件简介  17-26
  2.1 紊流研究简介  17
  2.2 紊流数值模拟方法  17-20
    2.2.1 直接数值模拟（DNS）  18
    2.2.2 大涡模拟（LES）  18
    2.2.3 Reynolds 平均法(RANS)  18-20
  2.3 方程离散方法  20-22
  2.4 流场数值计算方法  22-23
  2.5 VOF 液面追踪方法  23
  2.6 ANSYS FLUENT 软件简介  23-24
    2.6.1 流体软件 ANSYS FLUENT 的计算流程  24
    2.6.2 ANSYS FLUENT 的求解方法  24
  2.7 本章小结  24-26
第三章三维流场的数值模拟  26-33
  3.1 模型试验简介  26-29
    3.1.1 横丹水电站工程概述(张根广 2006)  26
    3.1.2 试验的要求、任务和内容  26-28
    3.1.3 试验基本资料  28
    3.1.4 模型设计  28-29
  3.2 网格划分及边界条件的设定  29-30
    3.2.1 网格划分  29
    3.2.2 边界条件的设定  29-30
  3.3 数学模型验证  30-32
    3.3.1 泄流能力  30
    3.3.2 流态比较  30
    3.3.3 水面线比较  30-31
    3.3.4 流速比较  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章两种动网格法计算二维冲刷坑  33-54
  4.1 冲坑底边界的控制方法  33
  4.2 冲刷坑内泥沙起动公式的选择  33-37
    4.2.1 泥沙起动的标准  33
    4.2.2 泥沙的起动条件  33-35
    4.2.3 斜坡上泥沙的起动  35-37
  4.3 如何提取壁面上的剪切应力  37
  4.4 结合 Fluent 自带的动网格法  37-47
    4.4.1 动网格简介  37-38
    4.4.2 冲刷坑底边界动态网格更新方法  38-40
    4.4.3 冲刷坑内部动态网格更新方法  40-42
    4.4.4 网格划分与边界条件的设置  42
    4.4.5 设定动网格参数  42-43
    4.4.6 求解的流程  43
    4.4.7 冲刷坑二维数学模型验证  43-47
  4.5 σ自适应动网格法  47-51
    4.5.1 σ自适应动网格的更新方法  49-50
    4.5.2 网格划分与边界条件的设置  50-51
    4.5.3 数值计算步骤  51
    4.5.4 冲刷坑数模与物模的验证  51
  4.6 本章小结  51-54
第五章结论与展望  54-56
  5.1 本文的主要研究成果  54
  5.2 展望及建议  54-56
参考文献  56-59
致谢  59-60
作者简介  60

横丹水电站水流三维模拟及下游冲刷坑二维模拟

内容摘要

全文目录

相似论文