洞顶开口对无压隧洞交汇区水力特性影响的研究

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无压交叉隧洞在目前我国的水利工程施工中虽然很小众,但因为其交汇区域内存在着水流流态混沌、明满流交替、流速较快、湍动掺混强烈等一系列问题可能会对整个工程的安全和正常运行带来一定的隐患。所以要想有效地保证水利枢纽的安全和正常运行,需要针对交叉无压隧洞交汇区域内的水流的水力特性展开研究分析。同时在城市排水系统中也会存在交叉无压隧洞。故分析交汇区域内的水流的水力特性对无压隧洞的影响,对基础设施建设具有很大的意义。本文主要通过对实际工程中的无压交叉隧洞采用SolidWorks进行三维模拟建模,采用软件ANSYS ICEM对其三维建模模型进行网格剖分,采用软件ANSYS FLUENT进行三维模拟计算。离散性湍流求解分析方法采用的是有限体积法,湍流离散模型采用的是Realizable k-ε模型,采用PISO算法作为求解方法,气液二相流求解方法采用VOF法。采用Tecplot对得到的数据结果进行后续处理。本文的主要内容为:(1)总结以前的国内外学者、专家在交汇水流方面的研究成果;(2)简单的介绍了数值模拟的理论基础,以及数值模拟的数学模型、控制方程、计算方法等理论;(3)首先运用Solidworks软件建立交汇角θ=30°的无压交叉隧洞的概化模型,然后通过运用ICEM软件对其模型进行网格剖分,给定模型的初始条件以及边界条件,最后采用软件FLUENT对不同流量下的无压交叉隧洞模型进行数值模拟计算,将得到的数值模拟计算结果和物理试验数据进行了比较,验证了本文所采用的数值模拟方法的科学正确性与计算合理性;(4)对不同开孔位置、不同开孔面积、不同开孔间距以及开孔相同流量不同的交叉无压隧洞交汇处断面的流速、压强、水深、底板压力水头等水流水力特性进行研究分析并得出相关结论。
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