既有涵洞下游修建水库对涵洞的影响

摘要

水库作为水利设施之一，在农田灌溉、防洪、发电、治理河道方面起着重要作用。由于我国的大江大河的防洪问题还没有真正解决，工业和城市用水增长速度快，水资源紧缺。并且由于水资源是一种清洁，对环境无污染的资源，世界各国工业化国家都优先开发水电，我国也是如此。在我国，农村面积占大多数，农业用水主要依靠水库的调配。因此，许多地方都在兴修水库。 在既有涵洞下游修建水库将可能对涵洞的过流能力有所影响。由于水库修建之后，在水库回水区影响范围内的涵洞出口水位可能会抬高，从而有可能造成涵洞内水流过流状态的变化，一旦涵洞过流能力减小，排水不畅，就会导致上游地区的淹没，还可能造成路基长时间浸泡，承载能力下降，从而跨塌，后果不堪设想。 由于现行的涵洞设计按照涵洞设计定型图进行，而在定型图制定的过程中，对于涵洞的过流量留有一定的安全值。另外，由于定型图中的流量并不连续，为保证安全，如果设计流量在定型图中的两相邻流量之间时，则选用较大的那个流量所对应的涵洞尺寸。因此只要涵洞下游水位的抬高值不超过某一限值，涵洞的过流能力受到的影响不大。只有确定了这一允许抬高值，才能给在既有涵洞下游修建的水库提出合理的建议。 本文利用FLUENT软件建立三维的计算模型对涵洞水流进行数值模拟，通过计算分析确定涵洞下游水位抬高后对涵洞过流状态的影响，从而确定既有涵洞下游水位的允许抬高值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2研究现状

1.3课题的提出

1.4本文的研究内容

第2章涵洞中的水流形态及工作特点

2.1无压涵洞的水流形态及工作特点

2.1.1 陡坡涵洞(i＞ik)

2.1.2缓坡涵洞(i＜ik)

2.2半有压涵洞的水流形态及工作特点

2.2.1半有压缓坡涵洞(i＜ik)

2.2.2半有压陡坡涵洞(i＞ik)

2.3有压涵洞的水流形态及工作特点

第3章CFD的理论基础及FLUENT软件介绍

3.1 CFD的理论基础

3.1.1 CFD的基本原理

3.1.2计算流体动力学的工作步骤

3.1.3计算流体动力学的特点

3.1.4计算流体动力学的分支

3.2基于有限体积法的控制方程离散

3.2.1离散化概述

3.2.2离散化目的

3.2.3离散时所使用的网格

3.2.4有限体积法的基本思想

3.3湍流的控制方程

3.3.1 湍流流动的特征

3.3.2三维湍流数值模拟方法的分类

3.4零方程模型、一方程模型和标准k-ε两方程模型

3.4.1零方程模型

3.4.2一方程模型

3.4.3标准k-ε两方程模型

3.5 Fluent软件介绍

3.5.1 Fluent概述

3.5.2 Fluent求解步骤

第4章涵洞定型图模型计算及分析

4.1模型建立的基础

4.1.1多相流概述

4.1.2多相流模拟方法

4.1.3 VOF模型

4.1.4流场计算的SIMPLE算法

4.2模型的建立和计算

4.2.1 物理模型和边界条件

4.2.2 网格划分

4.2.3主要计算参数

4.2.4求解

4.2.5后处理

4.3模型计算结果与试验结果的对比

4.4 小结

第5章涵洞下游水位变化的计算和分析

5.1概述

5.2建模计算

5.2.1取涵洞定型图设计流量的80％进行计算

5.2.2取涵洞定型图设计流量的85％进行计算

5.2.3取涵洞定型图设计流量的90％进行计算

5.2.4取涵洞定型图设计流量的95％进行计算

5.2.5取涵洞定型图设计流量进行计算

5.3计算结果分析

5.4小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果