“附加动量”对冲式消力池的研究

摘要

在水利水电工程建设中,面广量大的中小型闸坝工程在中国四化建设中起着重要的作用.但这些工程一般都为低佛汝德数水跃消能,如果消能问题解决不好将影响建筑物的正常运行,甚至危及闸坝工程的安全.该论文针对目前中小型水利工程中低佛汝德数底流消能存在的一系列问题提出一种新的消能形式,利用闸下铺设道路形成对冲水流,一方面与闸不正向出流碰撞消能,另一方面降低第二共轭水深,同时抬高消力池尾水高度使水流能在消力池内发生淹没水跃进行消能.该文分别从水力学方法、水力试验、数值模拟计算对此消能形式进行了探讨和研究,分析了对冲消力池中的水流流态对下游的影响.该文的主要内容有:1.对底流消能状况进行了总结.2.利用水力学方法对对冲消力池进行了理论分析,推导了消能效率等基本公式.并分析了对冲消力池优于常规消力池的原因.3.对对冲消力池进行了多组试验,测量计算了对冲消力池在不同工况下的消能率、速度场、压力场,对实验数据进行了整理,拟合了如消能率、佛汝德数等水流参数之间的关系,并与理论值进行了比较,结果吻合较好.4.在直角坐标系下建立控制方程,对对冲消力池流场进行二维数值模拟,计算结果说明RNG k-ε紊流模型较适合于对冲消力池的流场模拟,计算结果与实验资料较为吻合.研究表明,对冲消力池消能率高,在低佛汝德数工况下消能效率平均提高15％左右,且具有水流稳定,易于控制成淹没水跃,减轻对下游的冲刷和减少消力池长度及防冲槽长度的优点,对下游河床的演变也起着可调控作用,从而节省工程投资,也可节约河道防冲的维修费用,对工程具有实用价值.同时对底流消能的理论有重要意义,其研究成果可为工程设计提供可靠的设计依据.这种消能形式对高水头泄水建筑物及箱式消力池中的消能也值得借鉴,对泄水建筑物的工程布置也有重要的意义.

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

1.1消能研究现状

1.1.2消能形式发展综述

1.1.2底流消能现状

1.1.3消力池设计和运行中的问题

1.2 新型消能理论发展概述

1.2.1“附加动量”水跃理论

1.2.2“附加动量”水跃理论应用

1.3本文的研究意义及研究内容

1.3.1对冲碰撞消能池的提出及意义

1.3.2本文研究的主要内容

第二章试验及试验成果分析

2.1试验原理与装置

2.1.1试验原理

2.1.2试验装置

2.1.3试验方法

2.2试验成果与分析

2.2.1理论分析

2.2.2水流现象及流速分布

2.2.3压力分布规律

2.2.4数据整理

2.3本章小结

第三章紊流模式理论与数值方法

3.1紊流模式理论

3.1.1基本方程

3.1.2紊流基本模型

3.2数值方法

3.3自由液面处理

第四章对冲消能数值模拟计算方法

4.1控制方程

4.1.1流体运动的基本方程

4.1.2RNGk-ε紊流模型

4.2通用方程

4.3网格离散

4.4源项处理

4.4.1方程离散

4.5自由表面的处理

4.5.1自由表面处理基本方程

4.5.2二维自由表面位置的确定

4.5.3自由表面网格压力的插值计算

4.6边界条件

4.6.1进口边界条件

4.6.2壁面条件

4.6.3自由边界

4.6.4出口边界

4.7计算方法

第五章数值计算结果与分析

5.1数值计算结果

5.数值计算结果分析

第六章结论与建议

参考文献

致谢

在硕士学习阶段发表的论文