导流叶片近体水沙数值模拟

论文摘要

本文通过数值模拟的方法,在对单向流进行研究的基础上,探讨往复流下导流叶片的布置(挡水高度、水流攻角、叶片数量等)对泥沙运移的影响情况,从而为导流叶片这种新型的导流建筑物的推广奠定基础。运用三维数学模拟的方法有效地复演了单向流下,导流叶片不同因素对流场以及河床泥沙冲淤变化的影响。通过对θ=30°,θ=40°,θ=60°等几个角度下导流叶片对河床泥沙冲淤的计算和采用动量力矩这两种方法,在计算组次较少的情况下确定导流叶片的最佳角度约为θ=40°;通过导流叶片不同挡水高度对叶片导流能力的分析可知,h/D=0. 3时冲淤状况最好:此外具体分析了三组不同间距的导流叶片对河床的影响,得出导流叶片最佳间距约为2倍导流叶片高度。初步探讨了往复流情况下的导流叶片的布置(挡水高度、水流攻角、叶片数量等)对底床泥沙的影响,在计算组次较少情况下确定往复流下导流叶片的最佳水流攻角约为40°,双导流叶片间的最佳间距约为2倍导流叶片高度。建立了有效模拟导流叶片近体流场的数值方法,得出导流叶片的合理布置,它不仅减少了工程造价而且减少了叶片引起的航道阻力,因此,这种布置技术具有可行性和经济性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1. 1 研究背景
• 1. 2 导流叶片的研究进展
• 1. 3 三维数学模型以及物理模型研究状况
• 1. 4 导流叶片的研究目的
• 1. 5 本文研究的内容
• 第二章 数学模型
• 2. 1 水流数学模型
• 2. 1. 1 三维水流运动基本方程
• 2. 1. 2 紊流模型
• 2. 1. 3 广义曲线坐标下的三维运动方程
• 2. 1. 4 模型边界条件
• 2. 1. 5 内外模式的衔接
• 2. 2 泥沙数学模型
• 2. 2. 1 控制方程
• 2. 2. 2 底部剪切力的计算
• 2. 2. 3 非粘性沙的再悬浮
• 2. 2. 4 非粘性泥沙的沉积
• 2. 2. 5 非粘性泥沙河床护面层
• 2. 3 小结
• 第三章 单向流情况下导流叶片近体水沙数值模拟
• 3. 1 单叶片
• 3. 1. 1 Marelius和Sinha试验的叙述
• 3. 1. 2 河床粗糙高度的确定
• 3. 1. 3 网格生成
• 3. 1. 4 导流叶片在水流攻角为40度及入水深度为0. 3时的流速验证
• 3. 1. 5 水流攻角对导流叶片附近泥沙导流能力的影响
• 3. 1. 6 确定最佳水流攻角的另一种方法
• 3. 1. 7 导流叶片挡水高度对叶片导流能力的影响
• 3. 1. 8 水槽水平切面流速分布
• 3. 1. 9 河床的变化
• 3. 1. 10 导流叶片引起的河床剪切力
• 3. 2 双叶片
• 3. 2. 1 导流叶片不同间距对底床泥沙的影响
• 3. 2. 2 双导流叶片流场
• 3. 3 小结
• 第四章 往复流情况下导流叶片近体水沙数值模拟
• 4. 1 单叶片在一个潮周期的流速分布
• 4. 2 单叶片在不同水流攻角下对底床泥沙导流能力的影响
• 4. 3 导流叶片在往复流情况下引起的河床剪切力
• 4. 4 不同间距下双叶片对底床泥沙导流能力的影响
• 4. 5 双叶片在一个潮周期表、中和底层的流速分布
• 4. 6 单向流与往复流所引起的河床剪切力的比较
• 4. 7 单向流与往复流对底床泥沙的冲淤状况比较
• 4. 8 小结
• 第五章 结论与展望
• 5. 1 本文研究成果
• 5. 2 建议和展望
• 参考文献
• 致谢