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三峡永久船闸输水廊道水动力学特性研究
| 论文题名： | 三峡永久船闸输水廊道水动力学特性研究 |
| 关键词： | 湍流模型;数值模拟;水动力学;输水廊道;永久船闸;三峡工程 |
| 摘要： | 在高水头船闸输水过程中，当阀门开启和关闭时，阀门后廊道内会产生非恒定分离回流与漩涡运动。负压、高速水流以及压力与流速的剧烈变化容易引起空化、门振、声震等现象，对输水廊道等水工建筑物造成不良的影响。 三峡永久船闸总水头为113米，双线五级船闸，中间级最大水头达45.2米，其水力学问题复杂。由于输水阀门是船闸输水系统的咽喉，其运转正常与否直接决定着船闸的安全运行，因此对阀门段输水廊道的水动力学特性的分析与研究具有重要意义。 本文基于不可压缩的雷诺平均N-S方程，利用有限控制体积法、Simple方法、标准k-ε湍流模型辅以壁面函数，采用FLUENT软件数值模拟阀门段输水廊道内部的湍流流动。 在前人研究的基础上，根据物理模型的特点，对边界条件适定性进行了分析研究并通过数值实验进行验证；在上游及阀门井边界条件的处理上提出了两种更加符合其物理本质的边界提法，反映了其水位的变化，较前人阀门井刚盖假定更为合理；考虑了阀门体型和阀门与门楣之间的缝隙对水流的影响；并且利用动网格技术解决了阀门转动的动边界问题。 对三峡永久船闸末级闸首阀门段输水廊道进行了二维数值模拟。利用阀门段输水廊道的内部流场的速度，压力等数值模拟结果，对阀门段输水廊道的内部水流流动特征进行了分析和解释说明，并研究了阀门后廊道顶部和门楣缝隙等部位的压力特性，分析比较了以不同速率开启阀门和在不同开度下紧急关闭阀门对阀门段输水廊道内部流场特性的影响。将计算结果与实验结果进行对比，两者变化趋势一致，验证了边界条件提法的合理性及数值方法的可行性。 由于三维数值模拟的计算工作量巨大，到目前为止对三峡永久船闸输水廊道内部水流进行数值计算的模型均为一维或二维模型。为了考查三维模型和二维模型数值模拟结果的差异，作者对永久船闸末级闸首阀门段输水廊道进行了三维数值模拟，对不同截面的流态进行了分析。并与二维数值模拟结果作对比，发现两者结果虽有一定差异，但总体趋势比较一致，说明了二维数值模拟结果基本可以反映三维数值模拟的情况。 |
| 作者： | 张计光 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 马峥;陈红勋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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