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《昆明理工大学》 2012年
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“龙抬头”泄洪隧洞大流量泄洪消能数值模拟

吴小菊  
【摘要】:将导流隧洞改建为二次使用的永久性隧洞中,龙抬头式泄洪隧洞是目前比较常见、成熟的体型。本文结合某电站工程的龙抬头泄洪隧洞,根据湍流和两相流的基本理论和方法,运用泄洪消能的基本原理,对龙抬头式泄洪隧洞中的水流和掺气后的水流建立几何模型应用层流和湍流模型分别对其进行水—气两相流数值模拟,并加以分析、研究。 本文应用层流和湍流与两相流的数值模拟的理论、方法,结合工程实际,主要做了以下工作: 一、对“龙抬头”泄洪隧洞的大流量水流进行数值模拟 文中结合工程实例,建立几何计算模型,应用层流、湍流、水气二相流基本理论,就龙抬头式泄洪隧洞内的大流量水流的流态、流速和压强等进行分析、比较。 二、在“龙抬头”泄洪隧洞的反弧段的两端加入掺气槽,对其掺气水流进行数值模拟 根据前一研究对象的计算、分析结论,在负压大、流速高及易发生空蚀破坏的反弧段的两端,加入掺气槽掺入气体并建立计算模型,选择层流和标准k-ε模型,对其进行数值模拟,得到它们的流态、流速及压强等分布情况,进行了分析。最后,与没有加入掺气槽的计算结果进行了比较、分析。 完成上述工作,取得了以下成果: 一、在导师的指导下,通过查阅规范、书籍,阅读“龙抬头”泄洪隧洞的图纸,请教业内专业人士,在不改变隧洞体型和隧洞洞形的情况下,对整个隧洞(约550m)内的水—气流建立几何模型,并实现了模拟与分析。 二、考虑到计算几何模型大、计算工况复杂的客观情况,先使用层流模型使水—气流充满整个隧洞进行分析,再使用湍流模型进行计算,并把层流与湍流计算结果进行了对比分析,层流模型在计算过程中耗费机时较少,但其计算结果较湍流模型相差较大。 三、通过对龙抬头式泄洪隧洞的大流量水流的数值模拟,得出隧洞的反弧段始端的洞顶出现最大负压,并且在其末端附近也存在明显的负压、低压区、掺气盲区以及压强梯度剧烈变化区。 四、在保证水流流量和其它相关条件不变的前提下,在反弧段始端和末端加入掺气槽,掺入气体后,反弧段始端的最大负压和末端的负压、低压区、掺气盲区等得到缓解。 五、考虑到网格粗细对计算结果的影响,本文对每一个模拟对象的网格剖分方案都进行了细致的设计和反复试算,以压强指标判断网格布置及其粗细程度是否能够在满足工程需要,保证了结果的可靠性。 掺气减蚀与泄洪消能系多学科交织的问题,内容多,问题复杂。需继续以“理论分析,试验、数值模拟和原型观测”三结合的方法,进行更深入的研究。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TV65

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