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非恒定流作用下丁坝水沙运动及水毁特征数值模拟
| 论文题名： | 非恒定流作用下丁坝水沙运动及水毁特征数值模拟 |
| 关键词： | 非恒定流条件;丁坝;水沙运动;冲刷模型;数值模拟;水毁特征 |
| 摘要： | 丁坝是山区河流最常用的航道整治建筑物，由于山区河流坡陡流急，水位变化较大，水毁现象严重，开展非恒定流条件下丁坝水毁及水沙运动仿真模拟，对于提高山区河流航道整治工程规划、设计和管理水平具有重大的理论意义和实用价值。论文重点研究了非恒定流条件下丁坝水沙运动及水毁特征的平面二维数值模拟方法，通过对比分析模拟计算结果，总结出非恒定流条件下丁坝特定的水沙运动规律，并与实际情况对比验证，保证了数值模拟研究方法的科学有效合理性。 论文以泥沙运动力学、计算流体动力学等学科理论为根基，在对丁坝水毁特征进行实地考察和理论分析的基础上，结合物理模型试验成果，采用具有水、沙模拟计算功能的MIKE21软件来对非恒定流作用下的丁坝水动力和动床模型进行平面二维数值模拟仿真，探索了非恒定流条件下丁坝水流结构、泥沙冲淤的模拟方法，并取得以下研究结论: 1、在有限体积法的基础上，以三角形非结构网格为单元离散划分的平面二维浅水方程与河床变形方程模型在计算非恒定流条件下的丁坝水沙运动时稳定可靠，该研究方法能够为相应物理模型实验和理论分析提供支撑。 2、试验证明与MIKE软件传统的剖分计算方法相比，用SMS软件可以对模型网格进行优化，使网格剖分质量更好，模型计算更稳定;以特定文件为接口使SMS与MIKE相结合的模拟方法可行有效，比传统MIKE模拟方法可以更好的模拟出水槽丁坝地形及其水沙运动特性。 3、非恒定流条件下的丁坝水流运动有其特殊规律:全流场范围内大流速主要集中在坝顶和丁坝下游主流区两处位置;坝前流速沿坝轴方向从0开始逐渐增大，在坝长范围内近似线性分布;丁坝附近水流动力轴线上流速呈现先增大后减小的变化规律，最大值位于距离丁坝一定范围内的下游;坝后回流区的产生位置恰好与丁坝下游大流速范围横向对应。 4、在非恒定流作用下，丁坝下游流场与水位呈现特殊关系，大流速的位置水位较高，回流区流速小反而水位较低，最低点在回流的漩涡中心。 5、非恒定来流对丁坝模型造成的冲刷主要包括:冲刷坑、淤积沙垄、坝头冲刷、坝身塌陷和坝后冲刷5个特点。大洪峰流量造成的河床变形是发生丁坝水毁的重要成因。 |
| 作者： | 张帆 |
| 专业： | 水利工程;水力学及河流动力学 |
| 导师： | 王平义 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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