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水库坝前排沙建筑物水工布置方式的研究

作　者: 沈晓青
导　师: 杨敏
学　校: 天津大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水利水电工程泥沙淤积数值模拟模型试验排沙建筑物冲刷漏斗
分类号: TV145
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 47次
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内容摘要

水库泥沙淤积,造成有效库容减少、寿命缩减、下游河道水沙平衡破坏等问题,已成为水库、河道、水电站管理的一大难题。特别是黄河流域,大量的泥沙,使水库的利用受到严重制约。因此,针对黄河干流的水利枢纽工程,研究适宜的排沙建筑物布置方式具有重要的实际意义。本文提出一种新型的排沙建筑物布置方式:通过排沙底孔或者利用其他孔洞,加装伸入库区的管道,利用管道分段开口等方式,使得坝前冲刷漏斗范围延伸,从而加大漏斗冲刷,达到人工加沙目的。并且通过水工模型试验与数值模拟相结合的研究手段,对这一布置方式进行了分析研究。主要研究内容和成果包括以下几个方面:(1)建立了二维、三维数值模型来模拟排沙管道前漏斗的冲刷情况,计算出不同水力条件下冲刷漏斗的范围、影响冲刷漏斗的因素以及漏斗的纵横坡和水头、流量的关系。(2)通过模型试验对提出的新型排沙建筑物的布置方式进行了研究。得出管道在运行中承受荷载情况以及管道前的漏斗冲刷范围。并把试验数据与数值模拟计算结果进行了对比,具有较好的一致性。(3)同时对小浪底敷设排沙管道的情况进行了数值模拟,得出小浪底在不同水力条件下管道前的漏斗的冲刷情况。初步拟定了小浪底坝前排沙建筑物的布置方式,为小浪底排沙减淤提供参考依据。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-18
  1.1 问题的提出  7-8
  1.2 小浪底水库概况及库区泥沙淤积现状  8-11
    1.2.1 小浪底水库概况  8-9
    1.2.2 小浪底水库的淤积现状  9-11
  1.3 水库坝前冲刷漏斗的研究现状  11-17
    1.3.1 冲刷漏斗的影响因素  11-12
    1.3.2 冲刷漏斗研究现状  12-16
    1.3.3 冲刷漏斗的经验公式  16-17
  1.4 本文研究的主要内容  17-18
第二章紊流数值模拟的基本理论与方法  18-33
  2.1 紊流模型的基本理论  18-25
    2.1.1 紊流的数值模拟方法  18-19
    2.1.2 紊流的基本方程  19-20
    2.1.3 紊流模型  20-25
  2.2 紊流数值模拟中网格的划分  25-26
  2.3 自由表面的处理  26-29
    2.3.1 刚盖假定  26
    2.3.2 流线迭代法  26
    2.3.3 标高函数法  26-27
    2.3.4 静压假定法  27
    2.3.5 MAC法（The Maker and Cell Method）  27
    2.3.6 VOF法（Volume of Fluld Method）  27-29
  2.4 数值求解技术  29-30
    2.4.1 有限差分法  29
    2.4.2 有限体积法  29-30
    2.4.3 有限元法  30
  2.5 紊流数值模拟的进展  30-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章水库坝前排沙建筑物布置方式的数值模拟  33-44
  3.1 概述  33-34
  3.2 冲刷漏斗的量度方法  34-35
  3.3 水库坝前冲刷漏斗的二维数值模拟  35-39
    3.3.1 数学模型的建立  35
    3.3.2 网格生成及边界条件的设置  35-36
    3.3.3 冲刷漏斗的影响因素  36-39
  3.4 水库坝前冲刷漏斗的三维数值模拟  39-41
  3.5 数值模拟与试验数据的比较  41-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章排沙建筑物布置方式的模型试验研究  44-57
  4.1 概述  44
  4.2 试验模型  44-46
    4.2.1 模型与仪器  44-46
    4.2.2 模型比尺及模型沙的选择  46
    4.2.3 模型试验的内容  46
  4.3 管道中的时均及脉动压强分析  46-52
  4.4 管道前冲刷漏斗的试验研究  52-54
  4.5 小浪底排沙建筑物的布置方式初步研究  54-55
  4.6 本章小结  55-57
第五章结论与展望  57-59
  5.1 结论  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-63
硕士期间参加科研情况  63-64
致谢  64

水库坝前排沙建筑物水工布置方式的研究

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