水力因素對明渠糙率影響的三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、水力因素對明渠糙率影響的三維數(shù)值模擬研究Studyofhydraulicfactors，Sinfluenceonghnesscoefficientthr01gh3Daericalrougtmesscoecientthrough3Dnumericalsimulation(申請碩士學位)學科專業(yè)：丞型工程研究生：紀進閨天津大學建筑工程學院二零一五年十一月摘要n被稱為曼寧粗糙系數(shù)，它是一個能夠反映壁面粗糙程度，渠槽形狀及水力條件等多種因素影響

2、的綜合水力摩阻系數(shù)。在明渠水力計算中，糙率系數(shù)是一個十分重要且敏感的參數(shù)，全面認識其特性及變化規(guī)律對于合理確定糙率值具有重大意義。以往對糙率的研究多采用物理模型試驗或原型觀測的方法，由于耗費大、數(shù)據(jù)范圍難以控制，因此對糙率系數(shù)的研究還不充分。鑒于此，本文在分析總結(jié)國內(nèi)外學者對明渠糙率已有研究成果的基礎上，采用數(shù)值模擬的方法，利用FLUENT中提供的三維標準湍流k吒模型，研究了弗勞德數(shù)、渠底坡度、寬深比等水力要素對明渠均勻流糙率系數(shù)的影響

3、，以及非均勻流糙率系數(shù)隨相對水深的變化規(guī)律，主要研究結(jié)果如下：(1)在同一粗糙床面及流量下，糙率系數(shù)隨著弗勞德數(shù)的變化規(guī)律與流態(tài)相關。緩流時，糙率系數(shù)隨弗勞德數(shù)的增加速率較快；急流時，糙率系數(shù)隨弗勞德數(shù)的增加速率較慢。與此同時，在相同流量下，當弗勞德數(shù)較小時，糙率系數(shù)主要隨弗勞德數(shù)發(fā)生變化，而床面粗糙高度的影響很??；當弗勞德數(shù)較大時，糙率系數(shù)值主要隨床面粗糙高度發(fā)生變化，弗勞德數(shù)的影響較小。對于不同的粗糙床面明渠均勻流，糙率系數(shù)與乃／圻

4、都具有一致的相關性，且糙率隨著F，／√f的增加而呈對數(shù)函數(shù)下降。對于某一固定渠道，糙率系數(shù)隨寬深比呈對數(shù)函數(shù)增加。通過擬合得到了明渠均勻流糙率系數(shù)的計算公式。(2)明渠非均勻流的相對底壁切應力與相對水深之間呈冪函數(shù)關系，且這種相關性不受床面光滑與粗糙程度的影響。明渠非均勻流相對糙率系數(shù)與相對水深呈冪函數(shù)相關，在雍水情況下糙率系數(shù)會隨著沿程斷面水深的增加而增大，在降水情況下糙率系數(shù)會隨著沿程斷面水深的減小而減小。通過擬合得到了明渠非均勻流