水力插板透水丁壩是一種新型的河道及航道整治建筑物,在多泥沙河流中其堤岸防護(hù)和緩流促淤效果顯著。透水丁壩的布置導(dǎo)致壩體附近水流結(jié)構(gòu)改變,河床重新調(diào)整,透水丁壩水流結(jié)構(gòu)的研究對(duì)其在實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。基于數(shù)值模擬方法,對(duì)不同透水孔型、透水率、挑角、有效壩長(zhǎng)、流量及壩間距下水力插板透水丁壩流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬研究,得到了不同體型參數(shù)下水力插板透水丁壩附近流場(chǎng)的變化特征。主要結(jié)論如下:(1)不同透水孔型下,水力插板透水丁壩上游同一斷面處流速變化規(guī)律基本一致;下游同一斷面處,壩后作用區(qū)流速分布存在明顯差異;主流區(qū)流速變化規(guī)律相似,當(dāng)流速趨于恒定后其值基本相同。相比于其它透水孔型,雙層矩形透水孔緩流落淤、護(hù)岸防沖效果最佳。(2)不同體型參數(shù)下水力插板透水丁壩水流結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律:隨著透水率的增大,主流區(qū)流速逐漸減小,壩后作用區(qū)流速逐漸增大;回流強(qiáng)度逐漸減弱,當(dāng)透水率達(dá)到40%時(shí),回流基本消失;壩體前后水位壅高和下跌值均逐漸減小。隨著挑角的增大,主流區(qū)流速逐漸增大;壩前壅水值逐漸增加,壩頭附近及下游斷面跌水值呈現(xiàn)先逐漸增大后減小的變化趨勢(shì),挑角為90°時(shí),跌水值達(dá)到最大。隨著有效壩長(zhǎng)的增加,主流區(qū)流速逐漸增大;壩體前后水位壅高和下跌值均逐漸增大。隨著流量的增大,斷面各點(diǎn)的流速均逐漸增大;壩體前后水位壅高和下跌值也呈增大趨勢(shì)。(3)水力插板透水丁壩各體型參數(shù)的合理取值范圍:透水率為30%左右、挑角為45°~75°、有效壩長(zhǎng)為0.2B~0.3B及壩間距為2l~4l。(4)水力插板透水丁壩群中第一座丁壩壩頭處流速最大,且其流速值大于主流流速,而其它各壩壩頭處流速均小于其主流流速。隨著丁壩數(shù)目的增加,其累積效應(yīng)不斷增強(qiáng),沿下游側(cè)方向,各丁壩壩后作用區(qū)流速逐漸減小。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV863
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 概述
        1.1.1 研究背景及意義
        1.1.2 透水丁壩的形式及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用
        1.1.3 透水丁壩的水力學(xué)問(wèn)題及研究方法
        1.1.4 透水丁壩的優(yōu)點(diǎn)
    1.2 透水丁壩的研究進(jìn)展
        1.2.1 體型參數(shù)
        1.2.2 水流結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 沖淤特性研究現(xiàn)狀
    1.3 透水丁壩數(shù)值模擬研究進(jìn)展
    1.4 存在的問(wèn)題
    1.5 本文主要研究工作
        1.5.1 研究目標(biāo)
        1.5.2 研究?jī)?nèi)容
        1.5.3 研究方法
        1.5.4 技術(shù)路線
第2章 水力插板透水丁壩數(shù)值計(jì)算方法
    2.1 控制方程
        2.1.1 連續(xù)性方程
        2.1.2 動(dòng)量方程
        2.1.3 能量方程
    2.2 湍流模型
        2.2.1 S-A模型
        2.2.2 k-ε模型
        2.2.3 RSM模型
        2.2.4 LES模型
    2.3 數(shù)值求解
        2.3.1 幾何模型
        2.3.2 計(jì)算網(wǎng)格及其無(wú)關(guān)性分析
        2.3.3 求解設(shè)置和邊界條件
        2.3.4 模型驗(yàn)證
    2.4 模擬工況
第3章 水力插板透水丁壩透水孔型和布置方式
    3.1 概述
    3.2 透水孔形狀和布置方式對(duì)透水丁壩流場(chǎng)的影響
    3.3 小結(jié)
第4章 水力插板透水丁壩水流結(jié)構(gòu)研究
    4.1 水力插板透水丁壩體型參數(shù)對(duì)其流態(tài)的影響
        4.1.1 不同透水率下壩體附近的流態(tài)
        4.1.2 不同挑角下壩體附近的流態(tài)
        4.1.3 不同有效壩長(zhǎng)下壩體附近的流態(tài)
        4.1.4 不同流量下壩體附近的流態(tài)
    4.2 水力插板透水丁壩流速隨體型參數(shù)的變化規(guī)律
        4.2.1 流速隨透水率的變化規(guī)律
        4.2.2 流速隨挑角的變化規(guī)律
        4.2.3 流速隨有效壩長(zhǎng)的變化規(guī)律
        4.2.4 流速隨流量的變化規(guī)律
    4.3 水力插板透水丁壩底面壓強(qiáng)隨體型參數(shù)的變化規(guī)律
        4.3.1 底面壓強(qiáng)隨透水率的變化規(guī)律
        4.3.2 底面壓強(qiáng)隨挑角的變化規(guī)律
        4.3.3 底面壓強(qiáng)隨有效壩長(zhǎng)的變化規(guī)律
        4.3.4 底面壓強(qiáng)隨流量的變化規(guī)律
    4.4 小結(jié)
第5章 水力插板透水丁壩群累計(jì)效應(yīng)研究
    5.1 水力插板透水丁壩群合理壩間距的研究
    5.2 水力插板透水丁壩群累計(jì)效應(yīng)研究
    5.3 小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄

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