双侧竖缝式鱼道水力特性研究

发布时间：2017-08-05 00:03

  本文关键词：双侧竖缝式鱼道水力特性研究

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【摘要】：作为竖缝式鱼道的一种重要布置方式,双侧竖缝式鱼道可为鱼类提供双侧洄游通道,能有效提高过鱼量,但迄今为止鲜见相关研究报导。本文在单侧竖缝式鱼道已有研究成果的基础上,采用三维数值模拟与物理模型试验相结合的方法对双侧竖缝式鱼道的水力特性进行研究,得出以下研究成果：1)底坡为2%的双侧竖缝式鱼道,垂向流速甚小,几乎可以忽略不计,常规水池流场结构呈现典型平面二元特性；不同水深断面处的平面流场分布大体相同；2)池宽加倍的双侧竖缝式鱼道(L：B=5：8)与传统单侧竖缝式鱼道(L：B=10：8)相比,两者主、回流区面积占比基本相当,分别约为29%与61%；但由于池中无边墙阻隔,前者主流方向更偏向池中；3)不同长宽比条件下,双侧竖缝式鱼道常规水池内存在三种典型流场结构。其主流区与回流区位置分布、面积占比、最大主流轨迹线、主流最大流速沿程变化规律均有不同,三种典型流场结构对应水池长宽比分别是：4：8～5：8、5.75：8～6.5：8、7：8～9：8；其中,长宽比在5.75：8～6.5：8区间时,常规水池主流偏转程度适中,主流区面积占比相对较大,沿程流速衰减效果较好,回流区分区面积相对均匀,初步认为该取值区间较为合理；4)前置梯形墩头长度越短或后置梯形墩头长度越长,将使主流偏转程度增大,主流流程长度增加；其中,前置墩头长度与池宽之比bo/B在0～0.075区间时,流场分布相近,主流沿程衰减效果相对较好；从避免漂浮物滞留角度考虑,本文研究体型下不宜设置隔板墩头；5)休息池导向角度对池内主(回)流区总面积占比影响较小,但显著影响主(回)流区流场结构。减小导向角度能使主流外侧回流区面积减小,主流中间回流区面积增大,池中主流区宽度相对加宽,回流区分区面积相对均化。其中,当导向角度在20°～25°区间时,休息池的最大主流轨迹线与常规水池基本一致,但沿程流速明显较小,提供流速相对较低的主流区间,有利于洄游鱼类短暂休憩；6)180°转弯段和90°转弯段内均存在单一大尺度回流区,该区面积与转弯段总面积之比分别为38.8%和50.6%,容易造成鱼类滞留。通过合理增设整流导板,可以适度改变主流偏转方向,增大主流区面积,减小回流区面积并避免单一大尺度回流区出现,起到改善流场结构的作用；7)开展了过鱼试验研究,并采用Zootracer软件对目标鱼上溯的轨迹线进行了量化处理与分析,得出若干有价值的结论,为后续研究建立了基础。
【关键词】：双侧竖缝式鱼道 常规水池 休息池 转弯段 长宽比
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S956.3;TV135
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 问题的提出13
• 1.2 鱼道发展历史13-15
• 1.3 竖缝式鱼道15-18
• 1.3.1 鱼道分类15
• 1.3.2 竖缝式鱼道15-16
• 1.3.3 已有研究成果综述16-18
• 1.4 本文研究内容与章节安排18-20
• 第二章 研究方法20-33
• 2.1 数学模型20-27
• 2.1.1 模型的选取20-21
• 2.1.2 计算区域和边界条件21-22
• 2.1.3 计算网格划分22-23
• 2.1.4 数值计算结果及分析23-27
• 2.2 物理模型试验27-31
• 2.2.1 物理模型的建立27-29
• 2.2.2 流场结构测量29-30
• 2.2.3 物理模型试验结果及分析30-31
• 2.3 数值模拟结果与物理模型试验结果对比31-32
• 2.3.1 水池中间断面流速值对比31
• 2.3.2 竖缝断面流速值对比31-32
• 2.4 小结32-33
• 第三章 单侧与双侧竖缝式鱼道对比研究33-40
• 3.1 数学模型33-35
• 3.2 数值计算结果及分析35-39
• 3.2.1 单侧与双侧鱼道流场结构描述35-36
• 3.2.2 单侧与双侧鱼道主、回流区面积36-37
• 3.2.3 单侧与双侧鱼道主流区分布范围对比37-38
• 3.2.4 最大主流轨迹线与主流最大流速沿程变化规律对比38-39
• 3.2.5 综合分析39
• 3.3 小结39-40
• 第四章 常规水池水力特性研究40-52
• 4.1 数学模型40-41
• 4.2 数值计算结果分析41-51
• 4.2.1 长宽比对流场结构分区的影响41-45
• 4.2.2 长宽比对主、回流区面积占比的影响45-47
• 4.2.3 不同长宽比下最大主流轨迹线47-48
• 4.2.4 不同长宽比下主流最大流速沿程变化规律48-49
• 4.2.5 竖缝断面流速分布及竖缝断面平均流速49-50
• 4.2.6 综合分析50-51
• 4.3 小结51-52
• 第五章 隔板墩头体型研究52-59
• 5.1 数学模型52-53
• 5.2 数值计算结果及分析53-58
• 5.2.1 不同隔板墩头体型下常规水池内的流场分布53
• 5.2.2 不同隔板墩头体型下最大主流轨迹线53-57
• 5.2.3不同隔板墩头体型下主流最大流速沿程变化规律57-58
• 5.2.4 综合分析58
• 5.3 小结58-59
• 第六章 休息池水力特性研究59-68
• 6.1 数学模型59-60
• 6.2 数值计算结果及分析60-67
• 6.2.1 不同导向角度下休息池流场结构60-63
• 6.2.2 不同导向角度下休息池主流区与回流区面积占比63-64
• 6.2.3 不同导向角度下最大主流轨迹线与主流区最小宽度对比64-65
• 6.2.4 不同导向角度下主流最大流速沿程变化规律65-66
• 6.2.5 综合分析66-67
• 6.3 小结67-68
• 第七章 转弯段水力特性研究68-82
• 7.1 180°转弯段水力特性研究68-75
• 7.1.1 数学模型68-69
• 7.1.2 数值计算结果及分析69-73
• 7.1.3 180°转弯段体型优化73-75
• 7.2 90°转弯段水力特性研究75-81
• 7.2.1 90°转弯段数学模型75-76
• 7.2.2 数值计算结果及分析76-78
• 7.2.3 90°转弯段体型优化78-81
• 7.3 小结81-82
• 第八章 鱼类游泳轨迹追踪及过鱼试验初探82-88
• 8.1 试验模型与方法82-83
• 8.2 Zootracer软件83-84
• 8.3 目标鱼游泳轨迹追踪与初步分析84-86
• 8.4 目标鱼游泳轨迹与水池流场结构结合研究初探86-87
• 8.5 小结87-88
• 第九章 结论与展望88-90
• 9.1 研究成果88-89
• 9.2 研究创新点89
• 9.3 研究展望89-90
• 参考文献90-93
• 攻读硕士期间发表的论文与所取得的研究成果93-94
• 致谢94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 黎贤访;;金沙水电站鱼道水力特性数值模拟[J];水力发电;2015年11期

2 边永欢;孙双科;张国强;郑铁刚;吕强;;竖缝式鱼道90°转弯段水力特性的数值模拟[J];水生态学杂志;2015年01期

3 傅菁菁;李嘉;安瑞冬;毛熹;易文敏;;基于齐口裂腹鱼游泳能力的竖缝式鱼道流态塑造研究[J];四川大学学报(工程科学版);2013年03期

4 董志勇;冯玉平;Alan Ervine;;异侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究[J];水力发电学报;2008年06期

5 董志勇;冯玉平;Alan Ervine;;同侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究[J];水力发电学报;2008年06期

6 王远成,吴文权;方柱绕流流场的RNG方法模拟研究[J];水动力学研究与进展(A辑);2004年S1期

7 蒋莉,王少平,沈孟育;应用RNG k-ε湍流模式数值模拟90°弯曲槽道内的湍流流动[J];水动力学研究与进展(A辑);1998年01期

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本文编号：622286