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船闸输水系统多孔相向紊动射流特性研究
| 论文题名： | 船闸输水系统多孔相向紊动射流特性研究 |
| 关键词： | 船闸;输水系统;相向射流;数值模拟;流动特性 |
| 摘要： | 船闸是通航建筑物的主要型式之一，因技术相对成熟，运行稳定可靠而得到广泛应用。多孔相向紊动射流是船闸输水系统型式中常见的水力学问题，其紊动结构、掺混特性等水流现象，直接关系到输水效率和消能效果。然而多孔相向紊动射流不仅具有多孔射流特征，且需考虑复杂边界条件下相向碰撞、错流等流动特性，水动力特性十分复杂。目前，国内外类似问题的研究还不够全面和系统，对上述水流现象及特性尚缺乏理论的解析。本文依托国家自然科学基金项目《船闸输水系统多孔相向紊动射流流动结构及消能机理研究》，以存在于船闸输水系统中的多孔相向紊动射流为研究对象，选用计算流体力学软件FLUENT和RNGk～ε双方程紊流模型（自由水面采用VOF法模拟），建立了单孔紊动射流、多孔相向紊动射流三维紊流数学模型，对不同射流速度、不同相向孔间距及不同动量通量比条件下的14种工况进行了模拟研究。主要的研究成果如下: ①提出了单孔射流中心平面上任意断面流速分布公式和径向型衰减区最大速度衰减公式。 ②单孔射流中心平面上，速度半值宽沿射流方向呈线性增长，在射流势流核区线性增长率与射孔初始速度无关;在射流充分发展区，射孔出流断面流速越小，其速度半值宽增长率越大，直至v1≤0.775m/s，然后速度半值宽增长率几乎变为常数(k=0.105)。 ③提出单位面积紊动能(k)的概念，通过分析支孔错位间距对单位面积紊动能的影响规律，得出当s/B=1/20时，两股射流掺混最强烈;当s/B=3/20和1/5时，两股射流之间的掺混强度次之;当s/B=1/10和1/4时，两股射流之间的掺混强度最弱。 ④通过建立相向紊动射流消能率计算公式，得出当s/B=1/20、3/20和1/5时，消能效果较好;当s/B=1/10时，消能效果一般;当s/B=1/4时，消能效果较差;且随着动量通量比的减小，消能效果变差。 ⑤综合比较相向紊动射流的掺混特性和消能效果，提出相向两孔错位间距宜为闸室宽度的1/5（即s/B=1/5）。 |
| 作者： | 黄海津 |
| 专业： | 水利工程；港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 陈明栋;陈明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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