溢洪道挑流消能段水气两相流数值模拟研究

论文摘要

本文根据田庄水库溢洪道设计方案,采用二维k-ε双方程紊流模型,引入水气二相流的VOF方法,成功地对田庄水库挑流消能段射流进行了全程动态仿真式水气二相流数值模拟和实验研究,模拟结果与实际物理规律基本一致。1、本文从理论上对溢洪道挑流消能段水流运动现象、运动特性进行分析,建立计算模型。根据工程实际情况比选合适的数值求解方法、紊流模型、多相流模型、自由液面处理方法等。2、应用流体力学计算软件FLUENT,采用RNGk-ε紊流模型对溢洪道挑流消能段进行紊流数值模拟,通过数值计算,得到水气界面区（水面线）的形状,以及整个流场的速度场、压力场、紊动能场及紊动能耗散率分布场,对计算结果进行分析。3、为了提高数值模拟计算结果的准确性,为工程设计提供可靠的依据,本文对田庄水库溢洪道同步进行了水工物理模型试验。本文的研究,通过理论结合实际建立了合理的数学模型,对溢洪道的水面线和它的出口挑坎体型、坎内的水流流态进行数值模拟。为溢洪道的设计和模型试验提供了个数学模型,提高了设计、试验的工作效率,节约了时间和资金。这些研究成果对今后的水利工程设计,具有重要的参考和借鉴价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 计算流体力学（CFD）概述
• 1.3 自由面问题的数值研究进展
• 1.4 FLUENT软件简介
• 1.5 本文研究的主要内容及方法
• 第二章 数值模拟理论基础
• 2.1 数值求解技术
• 2.2 控制方程
• 2.3 紊流模型
• 2.4 压强速度耦合方法
• 2.5 多相流模型
• 2.6 自由液面处理方法
• 第三章 田庄水库溢洪道安全复核
• 3.1 溢洪道工程地质条件及评价
• 3.2 现状溢洪道水面线推求
• 3.3 消能防冲复核
• 3.4 溢洪道边墙稳定复核
• 3.5 闸室稳定复核
• 第四章 田庄水库溢洪道挑流消能段数值模拟
• 4.1 田庄水库工程概况
• 4.2 溢洪道设计方案
• 4.3 消能段网格划分
• 4.4 选择求解器及运行环境
• 4.5 确定计算模型
• 4.6 边界条件的设置
• 4.7 求解
• 4.8 数值模拟结果分析
• 第五章 水工物理模型试验分析
• 5.1 模型装置
• 5.2 模型试验
• 5.3 模型试验结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表