基于SPH法对波状底板上水跃的数值模拟

论文摘要

水跃是水工建筑物中常用的消能形式之一,跃长、跃后水深决定实际工程中消力池长度及护坦高度。但由于水跃具有淹没度、紊动性从而使自由液面具有多变性;同时数值模拟时,对紊流模型的建立与求解及复杂自由液面的追踪问题的处理较为困难,导致对水跃进行试验、理论、数值模拟方面的研究都面临诸多问题。光滑粒子流体动力学(SPH)法在处理大变形问题以及自由表面追踪问题具有独特的优势。因此本论文将利用SPH法,使用开源代码SPHysics并结合现已有国外试验研究数据分析波状消力池底板上的水跃特性;探究波状消力池底板的波形、波峰、波长三个影响因素对水跃特性的影响,以提高消能率为目标,得到较优波形,为此类消能工的研究提供参考数据。经研究分析得出主要结论有:SPH方法对波状底板研究的适用性,且波状底板上跃长、尾水深较光滑底板上均有所减小,且消能率明显增加,突出波状底板在消能方面的优越性。所研究的三种波状底板,它们的消能率皆高于光滑底板。其中消能率较高是三角形底板,其次是正弦形,消能效果较差的是梯形底板。相同条件下,波高与跃后水深、跃长成正比,与消能率成反比;波长与跃长、消能率成正比,与跃后水深成反比。因此,若要提高消能率应该在适当条件下,减小波高,增大波长。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 国内外的研究现状
•   1.3 本文研究内容
• 第2章 SPH方法的基本理论
•   2.1 核近似法
•   2.2 光滑函数
•     2.2.1 光滑函数性质
•     2.2.2 常用的光滑函数
•   2.3 粒子近似
•   2.4 本章小结
• 第3章 SPH方法求解N-S方程
•   3.1 拉格朗日形式N-S方程
•   3.2 SPH形式的N-S方程
•   3.3 数值模拟中关键问题
•     3.3.1 密度初始化
•     3.3.2 核函数初始化
•     3.3.3 时间步长
•     3.3.4 链表搜索法
•     3.3.5 边界处理
•   3.4 本章小结
• 第4章 波状底板上水跃数值模拟
•   4.1 试验模型简介
•   4.2 数值模型简介
•   4.3 数值模型验证
•   4.4 数值结果分析与讨论
•     4.4.1 流态分布
•     4.4.2 速度矢量图及速度云图
•     4.4.3 跃长
•     4.4.4 跃后水深
•     4.4.5 消能率
•   4.5 本章小结
• 第5章 波状底板波形的选择
•   5.1 试验数据分析
•     5.1.1 归一化水面线分析
•     5.1.2 共轭水深分析
•     5.1.3 跃长分析
•     5.1.4 流速分析
•     5.1.5 消能率
•   5.2 数值模拟结果分析
•     5.2.1 工况简介
•     5.2.2 水面线
•     5.2.3 共轭水深
•     5.2.4 跃长
•     5.2.5 消能率
•   5.3 本章小结
• 第6章 波状底板波长、波高的选择
•   6.1 波高影响
•   6.2 波长影响
•   6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
•   7.1 主要研究结论
•   7.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薄夫萍

导师: 顾声龙

关键词: 水跃,波状底板,消能率

来源: 青海大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 青海大学

分类号: TV135.2

DOI: 10.27740/d.cnki.gqhdx.2019.000072

总页数: 86

文件大小: 4466K

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