收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

水工自由水面及掺气问题的数值模拟研究

李志高  
【摘要】: 自由液面问题在工程实践中大量存在,对自由液面问题的研究具有十分重要的工程价值和学术意义,数值模拟是研究和解决实际工程问题主要的方法之一,由于自由液面的特殊性质,对自由液面的处理在数值模拟中显得尤为困难和重要。本文主要对水利工程中一些涉及自由水面及掺气的流动的数值模拟问题进行研究。 首先回顾了在数值模拟中自由液面问题的处理方法和存在的问题,并对数值计算方法进行了简要的综述,根据自由液面的形状,将自由液面分为相对稳定的自由液面和起伏较大的自由液面。对含有相对稳定的和起伏较大的自由水面的水流问题进行了数值模拟。给出了流动的控制方程,利用刚盖假定法对相对稳定的自由水面进行了简化近似处理,用弹性盖法对起伏较大的自由水面进行了简化近似处理,对控制方程进行了封闭、离散和数值求解。以小孤山水电站枢纽冲砂闸闸门上下游流场为实际算例,对计算结果进行了分析。从计算结果来看,对相对稳定的自由液面采用刚盖假定法处理是适合的,计算得到的速度场、压力场与实际比较吻合,根据数值模拟的结果,对闸门胸墙的体型进行了优化;但对闸后起伏较大的自由水面问题采用弹性盖法处理则存在不满意的地方。 对含有自由水面的水气两相流,采用两流体模型,简要给出了水气两相流的控制方程,并考虑相间作用力的影响,在同位网格下,对方程进行离散,并结合明渠掺气水流进行了数值模拟,对明渠水流的自由水面采用改进的刚盖假定法处理并获 西安理工大学硕士学位论文 得了较好的结果。根据计算结果,对水气两相流中气泡尺寸对掺气浓度预测结果的 影响进行了分析,得到沿程气泡不断上逸,气泡粒径越大,其上逸速度越大,则留 在渠底附近的气泡越少的气泡运动规律,提出了掺气槽的设计,除满足掺气量外还 应满足掺气粒径要求的工程建议。 用VOF法对自由水面问题进行了初步研究。给出了VOF法的控制方程,利用VOF 法对明渠水流、闸后水流进行了数值模拟,计算得到了明渠水流和闸后水流水气界 面的形状、含气率的分布,流场的速度场、压力场、紊动能及紊动耗散率分布场, 计算结果显示了VOF法对无论是相对稳定的自由水面还是起伏较大的自由水面问题 的处理,都显现了其优势。 通过本文对数值模拟中的自由液面问题的研究表明,对闸前相对稳定的自由液 面问题可以采用相对简单的方法进行处理,但对于闸后起伏较大的自由液面,则需 要采用更精细的自由液面处理方法。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 Y.兰劳;B.G.克里什纳潘;晏宗镇;;冰层下的输沙[J];内蒙古水利;1987年01期
2 李世强,李先智,李世华;水下立式闸门上缘滚轮位置的快速计算[J];四川水利;1998年02期
3 张菊;王长新;邱秀云;;无压隧洞水流的二维数值模拟[J];新疆农业大学学报;2006年02期
4 徐玲君;陈刚;李国栋;薛阳;;薄壁堰泄流能力的数值模型计算及模拟自由水面的评价[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2010年01期
5 徐燕;李淑珍;;无压输水隧洞数值模拟研究[J];新疆水利;2010年05期
6 余明新;;对控制曲线的几点体会[J];人民长江;1957年04期
7 许协庆;;计算有自由面水力学问题的有限单元法[J];水利水运科技情报;1978年02期
8 许协庆;自由面重力流的一种有限元解法[J];水利学报;1980年01期
9 钱胜国 ,张伟林 ,徐光耀;近自由水面水下爆炸时水中激波特性[J];爆炸与冲击;1983年04期
10 周思平;张书农;;用HH-SIMPLE方法求解明渠中三维浅水底孔泄流问题[J];河海大学学报(自然科学版);1989年03期
11 王萍;雷文俊;龚光彩;焦俊军;;自由水面多泵运行模拟方法研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年S2期
12 谢宜;郑义;;粘性流中的近水面三维水翼水动力特性数值分析[J];海军工程大学学报;2011年02期
13 罗焕炎;许广森;;有限单元法在三维空间非定常渗流问题中的应用[J];工程勘察;1980年03期
14 陶同康;堤坝非稳定渗流试验研究与计算[J];岩土工程学报;1981年01期
15 陶同康;蔡中云;;给水度试验仪[J];计量技术;1984年05期
16 张土乔;马健;蔡钦;杨德军;;浅水环境中垂向圆形纯射流的数值模拟[J];浙江大学学报(工学版);2006年12期
17 屈秋林;刘沛清;郭保东;程丽;;某型客机水上迫降的着水冲击力学性能数值研究[J];民用飞机设计与研究;2009年S1期
18 张菊;闫长旺;于玲红;;自由水面的数值模拟方法及其在无压隧洞流场中的应用[J];内蒙古科技与经济;2006年24期
19 周萍;孙君实;钱文衡;施济中;李旦江;;库水位降落时土坝坝体内自由水面的研究[J];河海大学学报(自然科学版);1965年01期
20 周汾;徐家海;刘杰;;水库水位降落时心墙型土坝上游坝壳中自由水面位置的确定[J];水利学报;1962年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李云波;冯国泰;;三体船黏流数值模拟[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(下册)[C];2005年
2 李绍武;黄筱云;;大尺度气泡水下上升过程数值模拟[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
3 王孟杰;耿宝磊;;高阶边界元法求解水流对漂浮半球绕射时自由水面上速度势垂向二阶偏导数[A];中国土木工程学会港口工程分会技术交流文集[C];2009年
4 陈宗娜;伍超;王飞;;进水口前立轴旋涡的试验研究与数值模拟[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
5 王明贵;侯宝娥;赵鹏远;于录;;有限场爆炸测量技术研究——自由水面对冲击波传播的影响[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
6 滕斌;何广华;刘昌凤;;波浪与二维物体作用的几种简单格林函数方法及对比[A];第九届全国河口海岸学术研讨会论文(摘要)集[C];2006年
7 田钢;曾昭发;薛建;董世学;王者江;;海洋地震采集方式的物理模型实验研究[A];1998年中国地球物理学会第十四届学术年会论文集[C];1998年
8 徐玲君;李国栋;陈刚;薛阳;;数值模型计算泄流能力和模拟自由水面的评价—以薄壁堰流为例[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
9 秦绪国;刘沛清;屈秋林;;地效飞行器波浪水面巡航的数值模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
10 俞剑冬;刘桦;朱志伟;;二层密度分层流体重力流的数值模拟[A];第十届全国环境与工业流体力学会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖惠民;基于计算流体动力学的水轮机及水电站尾水系统数值研究[D];武汉大学;2005年
2 Khalil Ibrahem Othman;冲积河流水力及河床形态的数值模拟究[D];河海大学;2004年
3 谷汉斌;波浪与建筑物作用的数学模型研究与应用[D];天津大学;2005年
4 曹凤帅;比例边界有限元法在势流理论中的应用[D];大连理工大学;2009年
5 孙雷;船兴波及其对结构物作用的研究[D];大连理工大学;2009年
6 刘臻;岸式振荡水柱波能发电装置的试验及数值模拟研究[D];中国海洋大学;2008年
7 许栋;蜿蜒河流演变动力过程的研究[D];天津大学;2008年
8 牛小静;波浪与泥质海床的相互作用[D];清华大学;2008年
9 吴文平;水工建筑物中的紊流边界层问题[D];西安理工大学;2007年
10 许慧;丁坝水流数值模拟关键技术研究[D];南京水利科学研究院;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李志高;水工自由水面及掺气问题的数值模拟研究[D];西安理工大学;2004年
2 任增金;抛石防波堤内波浪运动的研究[D];天津大学;2004年
3 陈康;三体船粘性流场的模拟[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 刘针;波浪对U型防波堤作用的数值模拟研究[D];天津大学;2006年
5 庞志伟;边坡水平排水孔布设模式研究[D];昆明理工大学;2003年
6 张盾;察汗乌苏水电站泄洪洞渥奇面流场数值计算研究[D];西北农林科技大学;2008年
7 黄筱云;自由表面追踪方法理论研究及数值模拟[D];天津大学;2005年
8 汪礼;常用湍流模型适用性分析及翼型VOF数值模拟[D];华中科技大学;2007年
9 胡宇;明渠水面线计算方法分析研究[D];西北农林科技大学;2008年
10 沈猛;基于改进VOF法的棱形液舱液体晃荡分析及应用[D];上海交通大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 李响;节水该从哪里做起[N];中国水利报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978