【摘要】：擴散過渡段的位置布置與形態(tài)是關(guān)系到工程安全運行和社會經(jīng)濟發(fā)展等的重要問題。但是由于過流寬度、地質(zhì)條件、空間布置等原因的限制,國內(nèi)外很多工程不得不縮短擴散段長度,選擇采取平面大擴散角的過渡形式。然而擴散段的擴散角超出一定范圍后,導致擴散過渡段出現(xiàn)側(cè)壁回流、邊界脫流、主流偏流等不利水力現(xiàn)象,影響建筑物的正常運用,甚至危及建筑物的安全。本文以某水電站尾水洞與明渠過渡銜接段的工程實際問題為背景,采用三維流場數(shù)值模擬方法,研究平面大擴散角明渠流動中過渡段的水流特性和三角翼調(diào)控的調(diào)控效果與優(yōu)化設計。(1)本文基于CFD軟件FLUENT建立了平面大擴散角明渠過渡段的數(shù)學模型,將數(shù)值模擬計算結(jié)果與物理模型試驗結(jié)果對比驗證,結(jié)果表明Realizable k-?紊流模型及PISO速度-壓力的耦合算法比較適用于本文研究問題,并進一步完成了參數(shù)率定。(2)對無控導條件下擴散段水流流動進行了數(shù)值模擬,通過分析不同水流條件下水流在擴散段的流動特性,包括流動分離的特點、回流強度及回流區(qū)隨著流動的發(fā)展變化狀況等,初步分析了來流流量對主流偏移程度的影響及無控導條件下擴散段主流偏移的形成機理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)主流偏移發(fā)展過程中形成的新生回流區(qū)對主流的偏移起負反饋作用,延長了偏移達到穩(wěn)定時所需的時間。(3)在擴散段增設潛沒式三角翼控導措施后,通過不同水流條件的數(shù)值模擬,研究了三角翼控導對改善擴散段流態(tài)所起的作用,結(jié)果表明三角翼具有對主流的分流作用,對側(cè)壁回流區(qū)的擠壓破壞作用,對擴散段動量的重新分配以及水流結(jié)構(gòu)(流速在擴散段平面和垂向上分布上)的調(diào)整等作用。(4)在前人研究基礎上,提出了分流度?、潛沒度h、控導度η、攻流度?、豐滿度b、回流度?與位置度_l?等三角翼體型及位置優(yōu)化控制指標,并在數(shù)值模擬工作中對其中一些指標進行了研究,提出了30°平面大擴散角明渠的攻流度?的初步優(yōu)化取值為0.75、控導度η的初步優(yōu)化取值為0.4,位置度?_L的初步優(yōu)化取值為0.1,三角翼初步優(yōu)化設計建議方案,為三角翼后續(xù)研究及應用提供了一定的理論參考。
【圖文】：

解決大擴散段水流平順銜接問題的關(guān)鍵，，是要從抑制邊界層分離角度入手，滿足水特性優(yōu)良與水流平順連續(xù)性要求，但目前在這方面的研究還較少。同時，從工程應度出發(fā)，復雜邊界條件下的水利工程，急需體型簡單、經(jīng)濟可行、效果優(yōu)良、施工的控導措施，急需平面大擴散角明渠過渡段的實用水力設計方法。在前人研究的基利用數(shù)值模擬對水流進行控導的進一步研究，可以為控導水流的措施提供最優(yōu)方案，合物模試驗，兩者結(jié)合使用可以為如何更好的改善水流流態(tài)提出行之有效的措施。3 本文的研究工作.1 研究思路本文在前人研究的基礎上，以計算流體力學軟件 FLUENT 為主要研究手段進行數(shù)擬，研究不同工況下大擴散段內(nèi)紊流復雜的三維流動，分析擴散段內(nèi)流場特性與邊分離特點；通過對模擬結(jié)果的數(shù)值分析，提出三角翼潛沒式三角翼各幾何參數(shù)的優(yōu)圍；并給出潛沒式三角翼的最優(yōu)形式，技術(shù)路線如圖 1-1 所示。

工程應建的幾何三維 CA創(chuàng)建模型格軟件后建模方法需要有限射網(wǎng)格劃至六個面能結(jié)合成采用 Au型的創(chuàng)建部分，圖方面的研應用中主流何模型精度AD 軟件（A型較為方便，后可能需要法；②自底限元模型的劃分時，平面面組成；而相成一個體就utoCAD 三維建。如圖 2-圖 2-5 為三角研究。的網(wǎng)格生成高，但操作AutoCAD、能夠構(gòu)建出進行修復。向頂?shù)慕ｎ愋停唵蚊娼Y(jié)構(gòu)一定相對來說自可以。維建模軟件-3 和圖 2-4角翼實體概成軟件大多數(shù)作相對麻煩CATIA、出復雜的幾CAD 軟件模方式；③混單來說就是網(wǎng)定要由三個或自動網(wǎng)格劃分件運用自頂向4 分別為平面概念模型，本數(shù)都具備創(chuàng)煩，對于復雜Pro/ENGIN幾何模型，但件幾何建�；旌鲜褂们熬W(wǎng)格劃分是或者四個邊分實體模型向底與自底面大擴散段本課題將通創(chuàng)建幾何模雜幾何模型NEER、UG但模型的幾何模方式主要有前兩種方法是映射網(wǎng)格劃邊組成，體網(wǎng)型的建立比較底向頂進行混段明渠內(nèi)流道通過它進行水型的功能型的創(chuàng)建相G NX、S何精度一有三種方。但應注劃分還是網(wǎng)格則要較簡單，混合使用道模型和水流特性
【學位授予單位】：華北水利水電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV135

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本文編號：2679852