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长江防洪实体模型阻力特性研究

作　者: 朱代臣
导　师: 魏国远
学　校: 长江科学院
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 长江实体防洪模型 Y型加糙体偏V形水槽水流阻力绕流亲水性树脂基复合模型沙沙波
分类号: TV135
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 78次
引　用: 4次
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内容摘要

河工模型试验是解决防洪工程、航道整治等关键问题的重要手段,河床阻力相似又是河工模型模拟的关键问题之一。为了精确的模拟河床阻力,就必须清楚模型在什么样的条件下才能满足由阻力相似率规定的阻力。本文针对长江防洪实体模型要解决的定床和动床阻力问题,通过水槽试验和数值模拟方法的研究,为实体模型试验中阻力的调整提供新的解决途径,丰富了河工模型的定床加糙技术,并提出了新型模型沙的阻力特性有关试验研究成果。(1)通过矩形水槽的Y型糙体及砾石加糙试验研究,得出了Y型糙体、砾石加糙水力阻力与加糙密度、相对高度、水流强度之间的关系,提出了水力阻力计算公式,并分析了加糙对垂线流速分布的影响。(2)通过偏V形水槽加糙前后的试验研究,得出了偏V型断面水槽的水力阻力与床面粗糙度、平均水深、水流强度的关系,分析了加糙前后垂线流速分布和横断面流速分布,加糙与水流强度对垂线流速以及横断面流速分布都有较明显的影响。(3)对比两种断面形态水槽加糙水流阻力结果可知,在同样的粗糙程度下,偏V形断面明渠进入阻力平方区时的雷诺数要比矩形明渠的小;小雷诺数时,偏V形断面明渠阻力系数略小于矩形断面水槽的阻力系数,随着水流强度的增大两者阻力系数趋于相同的值。(4)运用计算流体力学模型对Y型糙体绕流进行二维数值模拟,分析了绕流流场的变化规律,提出了绕流升阻力系数随雷诺数变化的三个区(层流区、过渡区、紊流区),初步揭示糙体增大阻力的微观机理。(5)通过亲水性树脂基复合模型沙的水槽试验研究,得出了这种复合模型沙的沙波运动规律,分析了沙波尺度与水流强度、粒径大小的关系,床面综合糙率与水流强度、粒径大小、沙波尺度的关系,Shields数与无量纲沙粒剪应力的关系。(6)通过多种模型沙和天然沙的Shields数与无量纲沙粒剪应力关系的相互对比,探讨了不同类型沙的沙波运动规律的共性与特性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 选题意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 河工模型定床加糙研究进展  11-13
    1.2.2 河工模型动床阻力研究进展  13-16
  1.3 本文研究的内容  16-17
  1.4 小结  17-18
第2章定床河工模型加糙试验研究  18-46
  2.1 水槽试验  18-22
    2.1.1 加糙体  18
    2.1.2 试验水槽  18-19
    2.1.3 测量仪器  19
    2.1.4 加糙体的布置方式  19-20
    2.1.5 试验内容  20-22
  2.2 试验结果及分析  22-44
    2.2.1 计算方法  22-24
    2.2.2 Y型加糙体矩形水槽试验结果和分析  24-29
    2.2.3 砾石加糙体矩形水槽试验结果和分析  29-33
    2.2.4 偏V形水槽未加糙与Y型糙体加糙试验结果和分析  33-44
  2.3 定床加糙试验研究小结  44-46
第3章 Y型加糙体绕流特性数值研究  46-53
  3.1 数学模型  46-48
    3.1.1 控制方程和紊流模型  46-47
    3.1.2 计算区域及网格划分  47-48
    3.1.3 边界条件  48
  3.2 计算分析  48-52
    3.2.1 模型验证  48-49
    3.2.2 Y型加糙体绕流计算分析  49-52
  3.3 Y型糙体绕流数值研究小结  52-53
第4章动床河工模型沙波运动规律研究  53-76
  4.1 复合模型沙沙波运动规律试验研究  53-72
    4.1.1 试验条件及步骤  53-56
      4.1.1.1 试验水槽  53-54
      4.1.1.2 测量仪器  54
      4.1.1.3 试验沙样  54-55
      4.1.1.4 试验步骤  55-56
      4.1.1.5 测量方法  56
    4.1.2 试验结果及分析  56-72
      4.1.2.1 试验基本成果  56-58
      4.1.2.2 沙波的发生、发展和消亡过程  58-61
      4.1.2.3 沙波形态  61-63
      4.1.2.4 沙波运动规律与水力泥沙因素关系  63-68
      4.1.2.5 阻力特性  68-72
  4.2 模型沙与天然沙的阻力对比  72-74
  4.3 沙波运动规律研究小节  74-76
第5章总结与展望  76-78
  5.1 全文总结  76-77
  5.2 展望  77-78
参考文献  78-81
发表论文与参与项目情况  81-82
致谢  82

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