溢洪道摻氣水流的三維數(shù)值模擬.pdf

1、分類號(hào)號(hào)UDCCC密級(jí)級(jí)級(jí)學(xué)號(hào)號(hào)0708150820矛擠爭了，去軍碩士學(xué)位論文溢洪道摻氣水流的三維數(shù)值模擬學(xué)科名稱:水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)~一學(xué)科門類:工學(xué)一一一指導(dǎo)教師:陳剛教授李國棟教授申請(qǐng)日期:..........一.....2010年3月._論文題目:溢洪道摻氣水流的三維數(shù)值模擬學(xué)科專業(yè):水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究生:覃聽慧指導(dǎo)教師:陳剛教授李國棟教授簽名:簽名:簽名:摘要隨著水利水電工程建設(shè)的發(fā)展，泄水建筑物的泄流量越來越大，單寬流量

2、進(jìn)一步增加，與之相關(guān)的脈動(dòng)、空化空蝕等高速水流問題日益突出。向高速水流中摻氣，是減免建筑物發(fā)生空蝕破壞的主要工程措施。因此，開展溢洪道水力特性，特別是摻氣水流特性的研究對(duì)泄水建筑物的安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于數(shù)值計(jì)算具有易操作、低成本和短周期等優(yōu)越性，在建筑物的選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中，數(shù)值模擬方法能發(fā)揮較大的作用甚至部分代替試驗(yàn)，縮短周期。但是由于涉及摻氣的理論還很不成熟，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬還有許多研究工作需要去做。本文對(duì)巴貢水利工程

3、中長溢洪道整體三維流場進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，以期深入了解其水力特性，為溢洪道的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù)。采用多相流模型，對(duì)摻氣坎處的摻氣水流進(jìn)行了模擬，通過對(duì)不同氣泡特征直徑，不同相間作用力模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，探索改善摻氣水流預(yù)測水平的途徑，。本文選用標(biāo)準(zhǔn)k一s紊流模型，有限體積法離散控制方程，VOF方法模擬自由表面，對(duì)不規(guī)則邊界采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行處理。通過對(duì)該工程溢洪道紊動(dòng)流場進(jìn)行的三維數(shù)值模擬，得到了泄流量，速度場、壓力場、水面線等的分布

4、規(guī)律。數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，兩者吻合較好，表明模擬結(jié)果能滿足工程需要。對(duì)于摻氣坎附近水流及摻氣的模擬，本文采用雙流體理論的歐拉模型，考慮水氣間的相互作用，并以某個(gè)特征直徑氣泡代替氣相對(duì)其進(jìn)行模擬。計(jì)算結(jié)果表明，采用歐拉模型能較好的模擬出通氣孔處的風(fēng)速和通氣量，不同的特征直徑氣泡對(duì)通氣量的影響較為明顯，但總體上來說，模擬值較實(shí)測值偏大。跌坎下游的摻氣濃度無論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果，均顯示水體中心部位摻氣濃度沿程衰減，但模擬值的衰減率明