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活动式导流装置布置方式与导流效果的研究

作　者: 范术芳
导　师: 冯民权
学　校: 西安理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 导流板导流效果流函数—涡量法物理试验
分类号: TV551.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

弯道水流是一种常见的水流现象,其特有的运动特性主要表现在水面横比降、横向环流、流速重分布和输沙四个方面。弯道水流在做曲线运动时形成螺旋流,而它正是弯道凹岸冲刷和凸岸淤积的根本原因。因此,改善弯道水流结构是解决弯道冲刷淤积的关键所在。经过大量的理论及试验研究发现,导流板这一工程措施能够较好的改善弯道水流的结构,可以利用在导流板区形成淤积的特点保护弯道凹岸、大桥边墩等,利用其外侧冲刷的特点,冲刷取水口、航道碍行部位的淤积物,使之能正常运用。本文提出的活动式导流装置是将导流板安置在活动船上,具有安全、方便、有效、快捷、可重复利用的特点,可以满足抢险的高机动性要求。基于此,本文进行了活动式导流装置布置方式与导流效果的研究,通过比较导流板前后的流速变化、板后回流漩涡区长度和导流板头部的相对冲刷深度来确定导流板的最佳布置方式和尺寸,为黄河河道治理提供重要的依据。本文以改善弯道水流结构为目标,分别运用物理试验和数学模型两种方法对不同布置方式的导流板的导流效果进行研究。首先运用物理试验的实测数据对数学模型进行验证,其试验数据与数值模拟结果吻合较好。其次分别建立了平面二维和立面二维的流函数—涡量模型,并对概化河道和天然河道的导流板流场进行了数值模拟。最后对导流板头部的冲刷坑计算进行了初步探讨。本研究取得的主要成果如下：(1)分别建立了平面二维和立面二维的流函数—涡量数学模型,并运用物理试验的结果进行了验证,结果显示：两者的结果吻合较好,能够证明模型的可靠性。(2)运用数学模型对概化河道和天然河道中不同布置方案的导流板的导流护岸效果进行了模拟分析,其中包括了不同长度、不同入水角度、不同个数和不同入水深度的模拟。模拟结果显示：导流板长度为30m-50m、放置角度为30°-60°、多组次和入水深度比为0.4-0.5的工况条件下的导流效果较好。(3)运用冲刷坑计算公式对导流板板头处的局部冲刷进行数值模拟,模拟结果给出了最大冲刷深度及冲刷范围。导流板头部的相对冲刷深度随着板长的增加而增加,垂直放置的导流板头部的相对冲刷深度比倾斜放置的导流板的深。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1. 绪论  8-16
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-13
    1.2.1 国外研究现状  9-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 本文的研究内容及研究思路  13-16
    1.3.1 研究内容  13-14
    1.3.2 研究思路  14-16
2. 理论基础  16-25
  2.1 平面二维数学模型  16-20
    2.1.1 模型建立  16-17
    2.1.2 模型求解  17-19
    2.1.3 边界条件  19-20
  2.2 立面二维数学模型  20-23
    2.2.1 模型建立  20
    2.2.2 模型求解  20-22
    2.2.3 边界条件  22-23
  2.3 计算流程图  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3. 物理模型试验与数学模型验证  25-37
  3.1 物理模型试验  25-32
    3.1.1 试验方案  25-26
    3.1.2 试验设备  26-27
    3.1.3 试验结果  27-32
  3.2 物理试验的数值模拟  32-33
  3.3 数学模型验证  33-35
  3.4 本章小结  35-37
4. 概化河道中导流板对水流影响的数值模拟  37-58
  4.1 数值模拟的方案  37-38
    4.1.1 导流板的布置方式  37-38
    4.1.2 设计参数  38
  4.2 不同长度导流板对水流的影响分析  38-44
  4.3 不同倾斜角度导流板对水流的影响分析  44-48
  4.4 不同个数导流板对水流的影响分析  48-52
  4.5 不同入水深度导流板对水流的影响分析  52-56
  4.6 误差分析  56-57
  4.7 本章小结  57-58
5. 天然河道中导流板对水流影响的数值模拟  58-71
  5.1 基本方程  58-59
  5.2 方程求解  59-61
  5.3 计算方案  61-62
    5.3.1 布置方式  61-62
    5.3.2 设计参数  62
  5.4 计算网格生成  62-63
  5.5 正交曲线系的矢量图变换  63-65
  5.6 计算结果  65-70
    5.6.1 不同个数的导流板对水流的影响分析  65-67
    5.6.2 不同布置方式的导流板对水流的影响分析  67-70
  5.7 本章小结  70-71
6. 导流板引起的冲刷坑计算  71-76
  6.1 冲刷坑计算公式  71-73
  6.2 冲刷坑模拟计算  73-75
  6.3 本章小结  75-76
7. 结论及展望  76-78
  7.1 结论  76
  7.2 展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
附录  83

活动式导流装置布置方式与导流效果的研究

内容摘要

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