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排洪涵洞中墩水翅现象试验及数值模拟研究
| 论文题名： | 排洪涵洞中墩水翅现象试验及数值模拟研究 |
| 关键词： | 泄洪洞;排洪涵洞修建;数值模拟;水翅现象;自由液面 |
| 摘要： | 随着水电事业的发展和南水北调等大型水利工程的修建，泄洪洞和排洪涵洞修建得越来越多，对于洞前中墩引起的水翅问题也日益引起关注。伴随现代计算机技术和计算流体动力学(CFD)的发展，如何利用数值模拟解决水翅现象复杂的自由液面问题，并且和试验相结合来研究水翅现象，一直是人们研究的难点。 本文在回顾水翅现象研究现状的基础上，以理论分析、试验研究和数值模拟计算三者相结合的方法，着重对中墩水翅现象及其防治措施进行了研究。本文的主要内容如下： 1.依据量纲分析理论，对水翅现象的影响因素进行了分析，可知水翅的产生与弗雷德数Fr、雷诺数Re、水深与中墩起始高度之比H/S<,v>、中墩墩头在水平面的投影面积S，中墩墩头倾斜角度θ的函数等因素有关。 2.针对四种中墩体型，对水翅现象进行了试验研究，得出了水翅几何参数随水翅影响因素的变化规律。 3.介绍了数值模拟的理论和方法，采用三维Realize k-ε湍流模型、引入水气两相流的VOF模型、利用几何重建格式来迭代生成自由水面、对复杂的几何边界采用混合型网格进行处理，成功地对中墩水翅湍动流场进行了数值模拟，并将计算结果与模型试验值进行比较分析。通过比较，证明了计算结果的可靠性，并且用数值模拟的结果精确地描述了流线、流场及压力等的分布规律。 4.研究中墩体型的变化对水翅的影响，并据此提出了可以有效减小水翅的阶梯式中墩和过渡型中墩两种方案，对其进行了试验研究和数值模拟计算，结果表明，两种墩型均能有效抑制水翅的产生。 |
| 作者： | 郭彬 |
| 专业： | 水利水电工程 |
| 导师： | 胡明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河海大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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