船闸闸底长廊道侧支孔出流特性研究

发布时间：2017-05-25 07:24

  本文关键词：船闸闸底长廊道侧支孔出流特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：船闸闸底长廊道侧支孔输水系统属简单式分散输水系统,由于在灌水初期纵向出流的不均匀性,会在闸室内产生较大的波浪力,从而恶化闸室船只的停泊条件。本文在国内外针对这种双明沟出流的侧支孔型式研究的基础上,采用数值模拟计算方法,应用国际上先进的紊流计算软件Fluent,选用水气两相流的VOF追踪模拟自由表面,采用RNG k-ε紊流模型进行数值模拟,主要通过改变廊道侧支孔布置型式,包括侧支孔间距以及侧支孔面积的分布,对不同侧支孔布置型式下输水系统水动力学特性进行系统性研究。通过对闸室内水流流场、紊流动能,断面剩余比能以及闸室中的水面波动情况进行分析,总结出了有利于船舶停泊的侧支孔布置型式,试验表明,在支孔总面积不变的条件下,采用闸室首尾两端支孔间距较大,闸室中部支孔间距较小或者支孔面积分布沿水流方向逐渐增加的这两种布置型式,可以有效地改善灌水初期闸室纵向流量分配不均匀性,并对特征时刻各个侧支孔的流量进行分析,总结出了侧支孔布置型式的变化对各个支孔流量的分配规律的影响,分析了侧支孔布置型式的变化对闸室中水流特性以及各个支孔流量的分配规律影响,并得出了如下结论:1、在廊道支孔输水段长度不变的情况下,通过改变闸室廊道内支孔间距,并对支孔流量、闸室纵向水面比降、闸室断面流速分布水面波动等进行研究,认为在灌水初期,采用工况1即第一组和第三组支孔间距为5.5m,第二组支孔间距为4m时,改善灌水初期纵向出流的不均匀性的效果最佳。2、灌水初期由于水流惯性作用,上游支孔的流量大于下游支孔,通过对五种侧支孔面积分布型式进行对比实验,认为采用工况4,即侧支孔面积沿水流方向逐渐增大的分布型式,有利于改善灌水初期纵向出流的不均匀性,能大大减小波浪力对船舶的影响。
【关键词】：输水系统 侧支孔 布置型式 流量分配
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U641.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状和发展动态11-13
• 1.3 本文的研究内容及研究方法13-16
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究方法14-16
• 第二章 数值模拟理论简介16-31
• 2.1 计算流体力学基本介绍16-17
• 2.2 流体运动的基础理论17-20
• 2.2.1 粘性流体中的应力17-19
• 2.2.2 N-S方程19-20
• 2.3 湍流的基本控制方程20-26
• 2.3.1 紊流模型现状21-25
• 2.3.2 计算方法25
• 2.3.3 自由表面的追踪25-26
• 2.4 计算软件简介26-30
• 2.4.1 FLUNENT简介26-28
• 2.4.2 并行计算28
• 2.4.3 网格划分28-29
• 2.4.4 边界条件29-30
• 2.4.5 计算结果的后处理30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 船闸输水系统模型的建立31-40
• 3.1 计算数学模型的建立31-34
• 3.1.1 计算域的确定31-34
• 3.2 网格的划分34-35
• 3.3 边界条件及初始条件35
• 3.4 初始条件以及计算参数的确定35-36
• 3.5 计算结果后处理36
• 3.6 数值模型验证36-40
• 3.6.1 水位的验证36-37
• 3.6.2 支孔前垂向流速验证37-40
• 第四章 数值模型计算及结果分析40-67
• 4.1 侧支孔研究型式确定40-43
• 4.1.1 侧支孔间距变化研究方案40
• 4.1.2 侧支孔面积分布变化研究方案40-43
• 4.2 侧支孔间距变化研究43-53
• 4.2.1 侧支孔出流分布研究43-44
• 4.2.2 闸室灌水 30s时水力特性分析44-49
• 4.2.3 闸室灌水 60s时水力特性分析49-53
• 4.3 侧支孔面积分布变化研究53-66
• 4.3.1 侧支孔出流分布研究53-55
• 4.3.2 闸室灌水 30s时水力特性分析55-60
• 4.3.4 闸室灌水 60s时水力特性分析60-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读学位期间取得的研究成果73

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