閘孔出流條件下水流挾冰能力研究.pdf

1、冰凌問題是一個(gè)世界性的問題，其出現(xiàn)于世界上很多國(guó)家。在冰情問題上我國(guó)是較為嚴(yán)重的國(guó)家之一。每年的冬季，約有3/4國(guó)土面積的河流、湖泊存在不同程度的冰情。由于河冰的出現(xiàn)，使河流的水力條件、熱力條件和幾何邊界條件等發(fā)生了改變。內(nèi)蒙河段堤防工程標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差，防御能力不足，存在大量安全隱患。黃河內(nèi)蒙段凌汛現(xiàn)象顯著，堤防存在被沖決的可能，易造成較為嚴(yán)重的凌汛災(zāi)害。
　　本文是對(duì)閘孔出流條件下水流挾冰能力進(jìn)行了研究。通過物理模型試驗(yàn)研究了閘

2、前冰塊堆積形成冰蓋后其下方的水流特性，并采用RNG k-ε湍流模型和VOF兩相流模型模擬了冰蓋下方水流過程，研究了流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)水流挾冰能力做了研究。
　　主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）通過模型比尺原理，采用與冰密度近似的石蠟塊作為模型，制定不同的實(shí)驗(yàn)方案對(duì)閘孔出流條件下冰的運(yùn)移、水流挾冰能力進(jìn)行深入研究。
　?。?）通過物理模型試驗(yàn)，量測(cè)了不同工況下上游水深H、上游行進(jìn)流速V、閘前冰塊堆積形態(tài)。
　?。?）以

3、物理模型為依據(jù)建立二維數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值模擬方法對(duì)冰塊堆積段其下方的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬研究，對(duì)物理模型試驗(yàn)未能得到的一些成果進(jìn)行補(bǔ)充研究。
　　主要結(jié)論如下：
　?。?）分析閘上游有冰與無冰時(shí)水深的變化情況，當(dāng)閘門開度一定，上游水深隨著流量的增加而增大，而當(dāng)流量也一定時(shí)，有冰塊存在的情況下，上游水深較無冰塊時(shí)增加。
　　（2）通過試驗(yàn)量測(cè)和分析的數(shù)值建立了Fr、Fb與閘門相對(duì)開度e/H之間的關(guān)系，并得出相應(yīng)的關(guān)系式。

4、>　?。?）針對(duì)不同閘門開度，存在無冰塊通過閘門和有冰塊通過閘門兩種情況，對(duì)兩種情況下冰塊堆積形態(tài)進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)不同情況下冰堆積的長(zhǎng)度和厚度都有差異。
　　（4）得出每個(gè)閘門開度下對(duì)應(yīng)的冰塊過閘的臨界流速及相對(duì)應(yīng)的佛汝德數(shù)。
　?。?）采用VOF兩相流模型對(duì)流場(chǎng)的自由表面進(jìn)行跟蹤計(jì)算，得到了不同時(shí)刻的相體積分布，與實(shí)際流場(chǎng)分布較一致。采用RNG k-ε湍流模型對(duì)不同試驗(yàn)工況時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了冰塊堆積段下方水流