新型纵向错落差动式挑坎水力特性的数值模拟研究

论文摘要

挑流消能广泛地应用于各种泄水建筑物,为增加泄流能量的快速耗散,不同体型的挑流鼻坎应运而生。陈旧的经验公式已不适用于描述各种复杂挑流鼻坎的水力特性。目前国内外学者针对新型消能工挑射距离等水力特性的研究主要采取理论公式推导、模型试验和数值模拟等手段展开。本文首先简单介绍挑流消能的数值模拟理论与方法,针对普通差动式挑坎水舌仅有横向扩散的问题,提出一种新型纵向错落差动式挑坎结构,并对其挑流消能水力特性进行数值计算研究,本文主要研究内容及结论如下:(1)遵循差动式挑坎的设计原则,基于工程原有溢流堰的下游坡比和堰型曲线,设计五种不同高低坎挑角的新型纵向错落差动式挑坎,彼此高坎反弧半径也各不相同。并将工程实例原本的连续式挑坎按校核洪水位、设计洪水位分别进行数值模拟。计算所得坎顶流速与公式估算值基本吻合,验证了数值模拟应用于新型消能工研究的可行性。(2)在CAD软件中绘制五种新型挑坎的二维剖面图,然后导入Gambit软件中拉伸三维建模,非结构性网格划分采用ICEM CFD软件。经过质量检验的网格在Fluent软件中计算。采用后处理软件Tecplot绘制新型挑坎不同剖面的水舌流态图、湍动能和湍动能耗散率等值线图,并用Origin软件绘图对比高低坎各自中轴线上和高低坎交界线上的压强分布。(3)对新型纵向错落差动式挑坎的水面线进行研究,各模型内对称等宽设置的两个高坎出射水舌挑高和挑距基本相同,各模型之间高坎的水舌挑高随着高坎挑角的减小而减小,纵向长度不同的高低坎有效地增大泄流对下游河床的冲刷面积。高坎反弧半径为6m和7m的新型挑坎具有较远的水舌入水点,有利于保护溢流堰的基础。(4)研究新型挑坎的湍动能和湍动能耗散率发现,过大的高低坎挑角差值会使得湍动能分布受高坎凸起的外形影响,而高坎挑角值为32.51°的新型挑坎则具有较均匀的连续条带状湍动能分布,并且湍动能数值相对较小。此外随着高低坎挑角差值的减小,湍动能耗散率在Y轴上的分布逐渐减小,高低坎挑角差值在7°~15°范围内会引起高坎或低坎下方的湍动能耗散率。(5)新型纵向错落差动式挑坎的高坎中轴线压强均小于低坎的中轴线压强,而高低坎交界线的压强位于两者之间。过大或过小的高坎反弧半径都会引起较大压强,适中的高坎挑角有助于保护泄水建筑物。高坎反弧半径为6m,高坎挑角取值为32.51°的新型挑坎在高低坎交界处的压强值最小,且最大压强值距离堰址最远。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 虞佳颖

导师: 宋文武,肖国华

关键词: 挑流消能,差动式挑坎,数值模拟,水力特性

来源: 西华大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 西华大学

基金: 西华大学研究生创新基金(项目编号:YCJJ2017098),四川省教育厅重大培育项目(项目编号:14CZ0013),四川省科技厅项目(项目编号:2016JY0187)

分类号: TV135.2

DOI: 10.27411/d.cnki.gscgc.2019.000033

总页数: 77

文件大小: 23918K

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标签：挑流消能论文;  差动式挑坎论文;  数值模拟论文;  水力特性论文;