動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流機(jī)理特性的研究

1、動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流機(jī)理特性的研究    英文題名 Study on the Mechanism and Characteristics of Three-dimensional Wall Jet in Dynamic Water  關(guān)鍵詞 泥沙淤積; 三維壁面射流; 模型試驗(yàn); 數(shù)值模擬; 水力特性; 射流比; 英文關(guān)鍵詞 sediment deposition; three-dimensional wall jet; model test; numerical simulation; hydraulic characteristics;

2、jet ratio; 中文摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水資源日益匱乏且水資源分布不均勻,因此管道輸水已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。在輸水管道中,泥沙的淤積問題是一個(gè)比較常見但又較難解決的問題。雖然有一些簡單的工程措施來減輕這一問題,但目前最主要的還是靠人工清淤,這樣無疑增加了運(yùn)行成本、減少了運(yùn)行時(shí)間。針對(duì)這一問題,設(shè)想開發(fā)一套利用三維壁面射流設(shè)施定期定時(shí)的進(jìn)行管道中的清淤工作?；诖?本文對(duì)動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流機(jī)理特性進(jìn)行研究。文中從理論分析、模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬三個(gè)方面對(duì)動(dòng)水環(huán)境下的三維壁面射流的流速分布、發(fā)展規(guī)律及影響范圍進(jìn)行了研究,主要的研究內(nèi)容有： 1、總結(jié)了自由射流及靜水環(huán)境下的三維壁面射流理論

3、的成果,借鑒他們的研究方法,為動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流的深入研究打下基礎(chǔ)。 2、利用模型試驗(yàn),測量在一定的動(dòng)水速度下兩種不同壁面射流流速情況下的流速分布,得出對(duì)稱中心平面和展向流動(dòng)平面的流速分布都各自具有相似性,對(duì)稱中心平面的最大流速隨著三維壁面射流的發(fā)展呈衰減趨勢。 3、通過數(shù)值模擬,計(jì)算得出了3組動(dòng)水環(huán)境各7種射流比總計(jì)21個(gè)工況的射流流場,通過與模型試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)的對(duì)比,肯定了數(shù)值模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析得出：三. 英文摘要 Pipe line has been used widely for transporting water with the development of

4、 economics. In the water pipeline, sediment deposition is a relatively common but difficult problem. Although there are some simple engineering measures to solve this problem, but the main measure is desilting by artificial currently. This will increase the running cost  摘要 4-5 ABSTRACT 5 第一章 緒

5、論 10-15     1.1 問題提出的背景 10     1.2 問題研究的意義 10-11     1.3 國內(nèi)外研究的發(fā)展與現(xiàn)狀 11     1.4 研究方法 11-13         1.4.1 理論分析 11-12         1.4.2 模型試驗(yàn) 12      &#

6、160;  1.4.3 數(shù)值模擬 12-13     1.5 研究內(nèi)容與目標(biāo) 13-15         1.5.1 研究內(nèi)容 13-14         1.5.2 研究目標(biāo) 14-15 第二章 射流理論及特性的研究 15-29     2.1 自由紊動(dòng)射流一般特性的研究 15-19         2.1.1 斷面

7、流速分布的相似性 17-18         2.1.2 射流邊界的線性擴(kuò)展特性 18         2.1.3 自由射流的動(dòng)量守恒特性 18-19     2.2 三維紊動(dòng)自由射流的研究 19-20     2.3 三維紊動(dòng)壁面射流的理論研究 20-26         2.3.1 渦黏性系數(shù)模型 20-21  &

8、#160;      2.3.2 壁面效應(yīng) 21-23         2.3.3 內(nèi)、外層解的匹配 23-25         2.3.4 質(zhì)量通量和速度剖面 25-26     2.4 三維紊動(dòng)壁面射流的特性研究 26-28     2.5 本章小結(jié) 28-29 第三章 模型試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果分析 29-38    

9、3.1 試驗(yàn)裝置及方法 29-30         3.1.1 試驗(yàn)裝置 29-30         3.1.2 試驗(yàn)方法 30     3.2 試驗(yàn)成果及分析 30-37         3.2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及流速分布 30-34         3.2.2 動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流流速分

10、布分析 34-37     3.3 本章小結(jié) 37-38 第四章 紊流模式理論與數(shù)值方法 38-49     4.1 基本方程 38-39     4.2 紊流數(shù)值模擬方法 39-45         4.2.1 渦粘性模型(BVM) 40-43         4.2.2 雷諾應(yīng)力模型 43       &

11、#160; 4.2.3 近壁紊流模型 43-44         4.2.4 大渦模擬(LES) 44-45         4.2.5 直接模擬(DNS) 45     4.3 數(shù)值計(jì)算的方法 45-48         4.3.1 有限差分法(Finite Different Method,FDM) 46     

12、    4.3.2 有限單元法(Finite-Element Method,FEM) 46-47         4.3.3 邊界元法 47         4.3.4 有限分析法(Finite-Analytic Method,FAM) 47         4.3.5 有限體積法(Finite-Volume Method,FVM) 47-48  

13、   4.4 本章小結(jié) 48-49 第五章 動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流數(shù)值模擬 49-77     5.1 控制方程 49-51         5.1.1 流體運(yùn)動(dòng)的基本方程 49-50         5.1.2 RNG -紊流模型 50-51     5.2 通用方程 51-52     5.3 網(wǎng)格離散 52-53   &#

14、160; 5.4 有限體積法離散方程 53-54     5.5 流場數(shù)值計(jì)算 54-55         5.5.1 流場計(jì)算方法 54-55         5.5.2 SIMPLEC算法 55     5.6 自由液面的處理 55-56     5.7 邊界條件 56-57     5.8 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)比較分析 57-76 &

15、#160;       5.8.1 數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)的比較分析 57-59         5.8.2 數(shù)值模擬結(jié)果 59-75         5.8.3 動(dòng)水環(huán)境三維壁面射流影響范圍的研究 75-76     5.9 本章小結(jié) 76-77 第六章 總結(jié)與展望 77-79     6.1 論文總結(jié) 77   

16、60; 6.2 未來展望 77-79 參考文獻(xiàn) 79-83         3.1.1 試驗(yàn)裝置 29-30         3.1.2 試驗(yàn)方法 30     3.2 試驗(yàn)成果及分析 30-37         3.2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及流速分布 30-34         3.2.2 動(dòng)水

17、環(huán)境下三維壁面射流流速分布分析 34-37     3.3 本章小結(jié) 37-38 第四章 紊流模式理論與數(shù)值方法 38-49     4.1 基本方程 38-39     4.2 紊流數(shù)值模擬方法 39-45         4.2.1 渦粘性模型(BVM) 40-43         4.2.2 雷諾應(yīng)力模型 43     &

18、#160;   4.2.3 近壁紊流模型 43-44         4.2.4 大渦模擬(LES) 44-45         4.2.5 直接模擬(DNS) 45     4.3 數(shù)值計(jì)算的方法 45-48         4.3.1 有限差分法(Finite Different Method,FDM) 46   

19、      4.3.2 有限單元法(Finite-Element Method,FEM) 46-47         4.3.3 邊界元法 47         4.3.4 有限分析法(Finite-Analytic Method,FAM) 47         4.3.5 有限體積法(Finite-Volume Method,FVM)

20、47-48     4.4 本章小結(jié) 48-49 第五章 動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流數(shù)值模擬 49-77     5.1 控制方程 49-51         5.1.1 流體運(yùn)動(dòng)的基本方程 49-50         5.1.2 RNG -紊流模型 50-51     5.2 通用方程 51-52     5.3 網(wǎng)格離散 52-53 &#

21、160;   5.4 有限體積法離散方程 53-54     5.5 流場數(shù)值計(jì)算 54-55         5.5.1 流場計(jì)算方法 54-55         5.5.2 SIMPLEC算法 55     5.6 自由液面的處理 55-56     5.7 邊界條件 56-57     5.8 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)

22、比較分析 57-76         5.8.1 數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)的比較分析 57-59         5.8.2 數(shù)值模擬結(jié)果 59-75         5.8.3 動(dòng)水環(huán)境三維壁面射流影響范圍的研究 75-76     5.9 本章小結(jié) 76-77 第六章 總結(jié)與展望 77-79     6.1 論文總結(jié) 77

23、60;   6.2 未來展望 77-79 參考文獻(xiàn) 79-83         3.1.1 試驗(yàn)裝置 29-30         3.1.2 試驗(yàn)方法 30     3.2 試驗(yàn)成果及分析 30-37         3.2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及流速分布 30-34       

24、60; 3.2.2 動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流流速分布分析 34-37     3.3 本章小結(jié) 37-38 第四章 紊流模式理論與數(shù)值方法 38-49     4.1 基本方程 38-39     4.2 紊流數(shù)值模擬方法 39-45         4.2.1 渦粘性模型(BVM) 40-43         4.2.2 雷諾應(yīng)力模型 43   &

25、#160;     4.2.3 近壁紊流模型 43-44         4.2.4 大渦模擬(LES) 44-45         4.2.5 直接模擬(DNS) 45     4.3 數(shù)值計(jì)算的方法 45-48         4.3.1 有限差分法(Finite Different Method,FDM) 46

26、        4.3.2 有限單元法(Finite-Element Method,FEM) 46-47         4.3.3 邊界元法 47         4.3.4 有限分析法(Finite-Analytic Method,FAM) 47         4.3.5 有限體積法(Finite-Volume Method,FVM) 47-48     4.4 本章小結(jié) 48-49 第五章 動(dòng)水環(huán)境下三維壁面射流數(shù)值模擬 49-77 &