水垫塘（消力池）三维紊流的数值模拟

论文摘要

随着紊流理论和计算机技术的不断发展,数值模拟在水利工程中的应用越来越广泛,发挥的巨大作用也日益显现出来,成为水力学研究的一个重要手段。本文采用标准k-ε紊流模型结合VOF多相流模型,建立三维数值模型,模拟泄水的整个过程,具体如下:（1）以拉西瓦拱坝为背景,建立了拱坝的三维模型,计算得到了整个流场、水垫塘底板的时均压强、近底的纵向流速和流速的矢量图,并将计算的结果与试验值进行了对比;（2）建立了官地水电站消力池的三维模型,得到了水流经过宽尾墩形成水翅的形态,中孔挑流水舌的形态,溢流堰顶、反弧段溢流中心线、反弧段闸墩中心线、消力池溢流中心线、消力池墩中心线和消力池底板的时均压强,近底的纵向流速和流速的矢量图,中孔底板的时均压强压强和纵向流速。所得结果得到了试验的验证;（3）建立了包括溢洪道水流进口、泄槽、水垫塘和下游出口的糯扎渡溢洪道三维模型,计算得到了溢流坝面、水垫塘底板和边坡的时均压强,溢洪道入口、溢流坝面、下游河道的纵向流速,挑流水舌的形态、高度和挑距,溢流坝面、水垫塘的水面线,最后将水垫塘的宽度进行了修改得到了边坡时均压强最大值与最小值的差值随宽度增加的变化趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 数值模拟在水利工程中的应用
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 紊流的相关理论及研究方法
• 2.1 紊流的基本方程
• 2.1.1 连续方程
• 2.1.2 动量方程
• 2.2 紊流的数值模拟方法
• 2.2.1 直接模拟法
• 2.2.2 大涡模拟法
• 2.2.3 统计平均法
• 2.2.4 Reynolds平均法
• 2.3 网格生成技术
• 2.3.1 网格类型
• 2.3.2 网格单元的分类
• 2.3.3 生成网格的过程
• 2.3.4 网格生成方法
• 2.4 数值计算方法
• 2.4.1 有限差分法
• 2.4.2 有限元法
• 2.4.3 边界单元法
• 2.4.4 有限分析法
• 2.4.5 有限体积法
• 2.5 压强速度耦合方法
• 2.5.1 SIMPLE算法
• 2.5.2 SIMPLEC算法
• 2.5.3 PISO算法
• 2.6 多项流模型
• 2.6.1 混合模型
• 2.6.2 欧拉模型
• 2.6.3 流体体积分数模型
• 2.7 自由液面处理方法
• 2.7.1 刚盖假定
• 2.7.2 标高法
• 2.7.3 MAC法
• 2.7.4 VOF法
• 2.8 边界条件及收敛判断
• 2.9 小结
• 第三章 挑跌流消能水垫塘的数值模拟
• 3.1 工程概况
• 3.2 试验工况
• 3.3 模型
• 3.4 计算结果及分析
• 3.4.1 整体流态
• 3.4.2 计算流量与实际流量
• 3.4.3 时均压强
• 3.4.4 流速
• 3.5 小结
• 第四章 底流消能消力池的数值模拟
• 4.1 工程概况
• 4.2 试验工况
• 4.3 模型
• 4.4 计算结果及分析
• 4.4.1 整体流态
• 4.4.2 计算流量与实际流量
• 4.4.3 时均压强
• 4.4.4 流速
• 4.5 小结
• 第五章 挑流消能溢洪道水垫塘的数值模拟
• 5.1 工程概况
• 5.2 试验工况
• 5.3 模型
• 5.4 计算结果及分析
• 5.4.1 整体流态
• 5.4.2 计算流量与实际流量
• 5.4.3 时均压强
• 5.4.4 流速
• 5.4.5 挑流水舌形状及水垫塘水面线
• 5.4.6 溢洪道水面线
• 5.4.7 水垫塘体型的修改
• 5.5 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录1 第三章建模图纸
• 附录2 第四章建模图纸
• 附录3 第五章建模图纸
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢