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原文传递船闸输水系统三维多孔壁面射流消能特性研究

论文题名：	船闸输水系统三维多孔壁面射流消能特性研究
关键词：	船闸;输水系统;三维多孔壁面射流;流动特性;消能特性;数值模拟
摘要：	船闸是内河通航建筑物的主要型式之一，在我国水运交通中占有举足轻重的地位。而控制船闸频繁运行的输水系统犹如船闸的心脏，其设计水平的高低直接影响到船闸的运行效率和可靠性。作为分散式输水系统主要型式之一的闸墙长廊道侧支孔及多支管输水系统，由于具有结构简单、工程造价低、水流条件好等优点，在实际船闸工程中应用非常广泛。但是该输水系统型式所涉及到的射流结构不仅具有多孔紊动射流的一般特征，同时也存在着三维多孔壁面射流的特殊情况，其流动特性受边界条件影响，消能机理较为复杂，因而受到学者的广泛关注。为了探明闸墙长廊道侧支孔及多支管输水系统三维壁面射流的时均流动特性和消能特性，以及影响其消能效果的关键控制因子，本文采用fluent数值模拟软件中的RNGκ-ε紊流模型和SIMPLEC算法对船闸输水系统三维多孔壁面射流消能特性进行了数值模拟研究，主要的研究内容和研究成果有: 　　1.按比尺1∶50设计了一座恒定多孔三维壁面射流数学模型，对不同支孔数量、支孔间距，动量通量比，径向间距相互组合下的36种计算工况进行了模拟计算。重点对船闸输水系统三维多孔壁面射流的消能特性、消能机理和消能效果进行了研究。　　2.船闸输水系统三维多孔壁面射流消能途径主要有三种:一是射流与周围水体的剪切作用形成一对反向肾形旋涡对消能;二是通过射流与支孔对面边壁的碰撞、摩擦来消能;三是通过两股射流在闸室内相互卷吸、掺混，形成强烈紊动水流来消能。　　3.船闸输水系统三维多孔壁面射流的展向速度半值宽随着径向距离的增大而增大，并且其展向速度半值宽最大值随着径向间距的增大而增大。并行双孔两股射流进入会聚区之前，其展向速度扩展宽度基本与单股射流相同。但是，进入会聚区之后，射孔间距决定了其虚源的位置和展向扩展宽度。动量通量比仅对径向距离为10＜y/(A^0.5)≤22.7区域上的展向速度半值宽有影响，并且动量通量比越大展向速度半值宽越小。　　4.实际工程中，相同射孔间距时，径向间距越大消能效果越好;当径向间距大于30m后，径向间距已经对消能效果影响不明显;径向间距大于等于20m后，射孔间距不超过4m时，孔间距对消能效果影响较小;径向间距10m时，4m孔间距消能效果最佳;同时，随着动量通量比的增大，其消能效果越好;当动量通量比大于0.6后其消能效果基本相同，实际工程中可考虑将支孔间动量通量比控制在0.6以上。　　5.实际工程中，支孔间距小于等于4m时，孔径比越大其消能效果越好;支孔间距为5m时，孔径比为0.167时消能效果较好;支孔间距为6m时孔径比宜小于0.3，支孔间距为7m时孔径比宜小于0.35。
作者：	牛万芬
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