石门水库泄洪洞水力特性的模型试验与数值模拟研究

发布时间：2017-09-18 04:07

  本文关键词：石门水库泄洪洞水力特性的模型试验与数值模拟研究

  更多相关文章： 水力特性 模型试验 雾化 冲刷 数值模拟

【摘要】：在水利枢纽工程建设中,经常遇到泄水建筑物过流能力不足、下游雾化及消能防冲等水力学问题。通常解决问题的手段是进行物理模型试验,或采用数值模拟方法。物理模型试验存在着费时费力、流场信息不连续、流场易受到干扰及缩尺效应等缺点,但模型试验比较直观、结果可信度高。数值模拟方法可以克服模型试验存在的缩尺及流场干扰等缺点,为工程实践提供较丰富的水流流动信息,但数值模拟可能存在计算误差,数值处理方法的不同可能会导致结果不真实。本文以陕西省汉中市石门水库左岸泄洪洞为研究对象,采用模型试验和数值模拟相结合的方法,对有压泄洪洞存在的水力学问题进行分析。主要取得了以下研究成果:(1)通过石门水库左岸泄洪洞闸门全开模型试验结果分析发现,泄洪洞上游转弯段存在负压区;低水位运行时,洞内为明满流交替并存的过渡流态。闸门局开试验结果分析表明:转弯段压强随着库水位的升高与闸门开度的减小逐渐增大。鼻坎模型试验发现,下游水滴飞溅、雾化及冲刷问题比较严重。(2)针对下游的雾化、冲刷问题,先后进行了现状鼻坎与4种鼻坎修改方案的模型试验研究测试及分析,最终优选出推荐鼻坎体型,即挑射角为6°的鼻坎+单侧贴脚体方案。试验测试发现,推荐鼻坎体型使雾化和冲刷问题均得到明显改善。(3)针对转弯段负压和明满流交替问题,运用FLUENT软件对不同闸门开度和不同库水位条件下的泄洪洞洞内水流流态及相关水力学参数进行了数值模拟,分析模拟计算结果得到了转弯段水流压强以及明流段底板压强、水面线的分布规律。(4)对模型试验和数值模拟计算结果进行了对比分析,分析结果表明,模型试验与数值计算结果整体趋势吻合较好,压强误差基本在0.4m之内,说明数值计算的方法与模型选用合理,可以为工程实践提供一定的指导意义。
【关键词】：水力特性 模型试验 雾化 冲刷 数值模拟
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV135.2
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究目的和意义11-12
• 1.2 工程概况12-13
• 1.2.1 枢纽概况12
• 1.2.2 左岸泄洪洞概况12-13
• 1.3 泄洪洞运行中存在的问题13
• 1.4 国内外研究现状13-16
• 1.4.1 模型试验研究13-14
• 1.4.2 数值模拟研究14-16
• 1.5 研究内容及技术路线16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 第二章 模型试验研究18-46
• 2.1 试验模型设计18-19
• 2.2 模型试验研究目的及内容19
• 2.3 泄洪洞的泄流能力19-20
• 2.4 泄洪洞压强分布规律20-24
• 2.5 现状鼻坎体型24-27
• 2.6 鼻坎体型修改及方案比选27-32
• 2.7 推荐鼻坎体型方案32-45
• 2.7.1 明流段水面线分布32-33
• 2.7.3 下游流态及流速分布33-36
• 2.7.4 推荐鼻坎冲刷36-38
• 2.7.5 高尾水流态38-45
• 2.8 本章小结45-46
• 第三章 数值模拟研究46-62
• 3.1 计算流体力学简介46-50
• 3.1.1 CFD概念、应用及求解问题的步骤46-47
• 3.1.2 CFD离散化方式47-48
• 3.1.3 湍流模型的选择48-49
• 3.1.4 湍流控制方程49-50
• 3.1.5 VOF方法追踪自由表面50
• 3.2 FLUENT软件介绍50-51
• 3.3 研究方法的选择51
• 3.4 研究内容51-53
• 3.4.1 泄洪洞计算模型建立与网格划分51-52
• 3.4.2 边界条件的设定52-53
• 3.5 数值模拟结果分析53-60
• 3.5.1 平面弯段压强分析53-56
• 3.5.2 明流段水面线分析56-58
• 3.5.3 明流段底板压强58-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第四章 模型试验与数值模拟结果的对比62-67
• 4.1 压强特性结果对比62-64
• 4.2 洞身的空化特性64-66
• 4.3 明流段水力特性对比66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 结论与展望67-68
• 5.1 结论67
• 5.2 研究展望67-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-71
• 作者简介71

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本文编号：873275