泄洪高速水流水力特性的三维数值模拟研究

摘要

泄洪水流往往是高速水流的范畴，因为其流速高、泄量大、消能功率大、能量比较集中，通常是导致泄水建筑物破坏的原因之一。国内外许多学者对高流速泄洪洞也进行了大量的探究。本文在前人取得的成果之上，利用FLUENT软件对新疆某水利枢纽工程中孔泄洪洞的水力特性进行三维数值模拟，并对其掺气设施体型进行了优化模拟研究。
　　为了获得泄洪高速水流的水力特性，本文运用了VOF方法的水气二相模型，并结合标准k-ε紊流模型和有限体积法、交错网格的SIMPLE算法对原设计方案中孔泄洪洞的水力特性进行了三维数值计算，将流态、水面线、洞顶余幅、流速的数值模拟结果与模型试验资料的实测值进行了比较，二者吻合较好，说明本文选用的数学模型和经验参数基本正确。模拟结果表明原设计方案的洞截面尺寸、洞顶高程均满足泄流要求。但原方案掺气槽处掺气空腔体积偏小，空腔形态偏差，并没有达到掺气减蚀的目的，故对设置掺气设施前后两种工况，共五种方案进行数值模拟，对掺气槽处的部分水力特性和掺气效果进行详细的分析比较，最终得到推荐的掺气设施体型。推荐方案在泄洪洞设计工况和校核工况下，各建筑物的边墙高度均能满足设计要求，掺气槽处水流平顺，没有出现翻滚等恶劣的流态，掺入的气体在挑坎立面下游形成完整的空腔，说明在此方案下能有效的掺气。本文最后对推荐方案的空化数进行了计算，发现泄洪洞容易发生空蚀破坏的是泄槽段，需采取必要措施避免空蚀破坏。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．4 研究方法及内容

1．5 本章小结

第2章 紊流数值模拟的基本方法与理论

2．1 紊流的基本方程

2．2 有限体积法

2．3 VOF模型

2．4 紊流模型

2．5 SIMPLE算法

2．6 本章小结

第3章 泄洪隧洞数值模拟过程

3．1 工程概况

3．2 数学模型建立

3．3 模型求解计算

3．4 本章小结

第4章 数值模拟计算结果及其分析

4．1 原方案模型试验和数值模拟成果对比

4．2 基于数值模拟进行体型优化计算

4．3 推荐方案模型试验和数值模拟成果对比

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简历