小南海水利枢纽通航建筑物引航道口门区水流条件数值模拟研究

论文摘要

通航设施在水利枢纽建筑物中是一个不可缺少的组成部分,解决好引航道口门区的流态是涉及船舶航行安全和通航效率的问题。在引航道口门区,由于过流断面突变,将产生流速梯度,形成斜向水流和大面积的回流。当船舶进出引航道口门区时,回流和横向流动会使其发生横漂和扭转,船舶的驾驶变的困难,严重时将会出现失控事故,影响通航安全。因此对引航道口门区水流条件进行研究非常必要。?本文结合西部交通建设科技项目“长江小南海枢纽通航关键技术研究”,以小南海水利枢纽为工程背景,针对小南海枢纽工程河段特殊的水流条件,利用数学模型对其引航道口门区水流条件进行数值模拟。论文主要工作分为三部分:首先以两级实测水位和流速数据为基础,对数学模型在此类复杂边界河流计算方面的准确性进行检验;其次进行实际工程方案的计算,该部分又可分为两步:第一步在设计方案的基础上,对各种工况下船闸上下引航道水流条件计算分析,同时提出了改善措施:加长上游隔流堤长度,并对上引航道口门区左岸进行开挖,同时优化枢纽闸门开启方式;第二步对修改后方案的水流条件进行计算,结果表明:修改后方案水流条件在流量Q≤30000m~3/s均能满足安全通航要求。最后,应用物理模型对此问题的研究,并对在不同流量级不同水库运行方式组合下的物理模型实测结果和数学模型计算结果进行对比分析,结果显示:数值模拟结果与物理模型结果基本吻合,说明该数值模拟方法能用于引航道口门区水流的计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 课题的提出
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 物理模拟研究现状
• 1.3.2 数值模拟研究现状
• 1.4 本文研究的方法及内容
• 第二章 流场数学模型的建立及验证
• 2.1 引言
• 2.2 天然河道基本情况
• 2.2.1 天然河道地形
• 2.2.2 气象、水文条件
• 2.2.3 地质资料
• 2.3 本文数值模拟的思路
• 2.4 数学模型的原理
• 2.4.1 控制方程
• 2.4.2 边界条件及动边界处理
• 2.4.3 数值计算格式和数值解
• 2.5 数学模型的验证
• 2.5.1 验证所采用的资料
• 2.5.2 计算域的选取及正交网格的生成
• 2.5.3 水位验证
• 2.5.4 流速验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 引航道口门区通航水流条件数值模拟
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 主要通航建筑物布置
• 3.1.2 水库运行方式
• 3.1.3 枢纽特征流量及水位
• 3.1.4 模型尾水位的控制
• 3.1.5 通航水流条件基本要求
• 3.1.6 拟建枢纽原设计调度运行方案
• 3.2 工程的概化处理
• 3.3 数值模拟范围及计算网格
• 3.3.1 数值模拟计算范围
• 3.3.2 计算网格
• 3.4 原设计方案引航道口门区水流条件
• 3.4.1 原设计方案上引航道口门区水流计算结果
• 3.4.2 原设计方案下引航道口门区水流计算结果
• 3.5 推荐方案的提出及引航道口门区水流条件
• 3.5.1 推荐方案的设计
• 3.5.2 推荐方案上引航道口门区水流条件
• 3.5.3 推荐方案下引航道口门区水流条件
• 3.6 本章小结
• 第四章 引航道口门区通航水流条件物理模型研究
• 4.1 模型设计
• 4.1.1 模型设计的基本考虑
• 4.1.2 模型比尺的确定
• 4.2 模型制作与几何相似性检验
• 4.3 模型验证试验
• 4.3.1 水面线验证试验
• 4.3.2 流速分布验证试验
• 4.4 原设计方案引航道及其口门区通航水流条件
• 4.4.1 上引航道及口门区通航水流条件
• 4.4.2 下引航道及口门区通航水流条件
• 4.5 推荐方案口门区通航水流条件
• 4.5.1 推荐方案上引航道口门区通航水流条件
• 4.5.2 推荐方案下引航道口门区通航水流条件
• 4.6 本章小结
• 第五章 物理模型与数学模型水流条件对比分析
• 5.1 上引航道物理模型与数学模型水流条件对比分析
• 5.2 下引航道物理模型与数学模型水流条件对比分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果