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基于大涡模拟的泄水建筑物体型研究

作　者: 葛文浩
导　师: 王海军
学　校: 天津大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 脉动压力大涡模拟泄水建筑物空蚀反射弧
分类号: TV65
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

泄水建筑物的体型设计是工程研究和设计中非常重要的考虑因素，它与水工泄水建筑物中涉及的空蚀空化、消能防冲等安全问题都有密切的关系。泄洪消能时水流对消力池底板的冲击和泄水建筑物上出现的负压问题是业内关注的重点。传统方法对泄水建筑物体型的研究是通过模型试验来解决，近年来随着计算机技术的发展，数值模拟的方法发展成为一种有效的研究手段，成为模型试验的重要补充。因此，本文采用数值计算模拟与模型试验相结合的方法开展研究工作，对泄水建筑物的体型设计进行研究分析，具体内容如下：1、通过对不同紊流模型的发展和应用的介绍来分析数值模拟在解决水利工程问题中的可行性。2、采用紊流大涡模拟数值计算方法并将此法使用于厂顶溢流泄水建筑物泄水情况的数值模拟。根据已有试验数据，将计算结果与试验数据对比验证。由验证结果来看，计算结果与试验数据吻合程度较好，说明采用大涡模拟方法对该泄水建筑物脉动压力做数值模拟计算是合理可行的。3、结合数值模拟计算结果与试验数据，研究正常工况下的表孔脉动压力分布规律，并对表孔体型设计的关键区域进行分析，探寻发生空蚀的部位。4、采用紊流大涡模拟方法对宽尾墩泄水建筑物泄水情况的数值模拟。根据已有试验数据，将计算结果与试验数据对比验证，并分析了该泄水建筑物泄流特点。5、以某水电站为例通过大涡模拟的方法对单圆弧嵌槽式连接方式和水平相切两种连接方式进行模拟，分析两种不同消能体型的特点并为工程上的实践提供参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-18
  1.1 问题的提出  7-10
  1.2 研究现状  10-17
    1.2.1 泄水建筑物安全研究现状  10-12
    1.2.2 紊流数值模拟的研究现状  12-17
  1.3 本文的主要内容  17-18
第二章大涡模拟理论和脉压分析方法  18-35
  2.1 大涡模拟的理论方法  18-30
    2.1.1 大涡模拟的基本思想  18-20
    2.1.2 Navier-Stokes 方程滤波处理  20-22
    2.1.3 误差分析  22-24
    2.1.4 显式滤波和隐式滤波  24-27
    2.1.5 亚格子尺度模型  27-30
  2.2 脉动压力的随机分析方法  30-34
    2.2.1 数理统计分析法  31-32
    2.2.2 频谱分析法  32-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章厂顶溢流式泄水建筑物的大涡模拟及试验验证  35-49
  3.1 厂顶溢流式水电站大涡模拟  35-43
    3.1.1 工程概况  35-37
    3.1.2 计算区域与网格划分  37-38
    3.1.3 初始条件和边界条件  38
    3.1.4 计算结果分析  38-43
  3.2 体型设计分析  43-48
    3.2.1 实验验证  43-45
    3.2.2 频谱分析  45-46
    3.2.3 体型分析  46-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章 X 型宽尾墩溢洪道的大涡模拟研究  49-64
  4.1 X 型宽尾墩溢洪道的大涡模拟  49-54
    4.1.1 工程概况  49-50
    4.1.2 嵌槽式建筑物布置  50-52
    4.1.3 初始条件和边界条件  52
    4.1.4 计算区域与网格划分  52-54
  4.2 计算结果分析  54-58
    4.2.1 整个计算区域流场分析  54-56
    4.2.2 试验数据验证  56-58
  4.3 不同连接方式的特点  58-62
    4.3.1 不同连接方式的流态对比  58-60
    4.3.2 不同连接方式的近底流速对比  60-61
    4.3.3 不同连接方式的脉压均方根对比  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章结论与展望  64-66
  5.1 本文完成的工作及主要结论  64-65
  5.2 研究展望  65-66
参考文献  66-70
发表论文和参加科研情况  70-71
致谢  71

基于大涡模拟的泄水建筑物体型研究

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