输水洞明满过渡流研究

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1、学校代码10459学号或申请号201212222527密级硕士学位论文输水洞明满过渡流研究作者姓名：葛均建导师姓名：高双聚副教授学科门类：工学专业名称：水力学及河流动力学培养院系：水利与环境学院完成时间：2015年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterResearchonTransitionFlowbetweenUn-fullandFullStateinConveyanceTunnelByJunjianGeSupervisor:Prof.ShuangjuGaoHy

2、draulicsandRiverDynamicsSchoolofWaterConservancyandEnvironmentMay,2015学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：‘為達日期：年疒月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学

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4、的研究进展，并对到目前为止的国内外有关明满过渡流的研究成果及计算方法进行了整理。在此基础上，提出了本文的研究内容。针对一维非恒定流问题，详细的介绍了明渠流和有压流的一维非恒定流理论，主要对于圣•维南方程进行了较为完整的推导，其中，在推导有压管道一维非恒定流的基本理论前，关于水击波传播速度的常用计算公式也进行了简单的推求。这为接下来的明满过渡流的数值模拟奠定了理论基础。接下来引入了明满过渡流的研究中常用的Preissmann窄缝法思想，并详细介绍了其原理。在此基础上，引进应用较普遍的Preissmann四点时空偏心格式，对其计算格式、边界条件和

5、初始条件进行了较为全面的推导，并将其运用到上下游边界条件变化剧烈的算例中，在对数值计算结果进行了分析之后，得出Preissmann四点隐格式法对于上下游边界条件变化剧烈的情形计算不稳定的结论。然后，为了研究明满流交替出现的水力现象，本文对樊红刚等提出的以流量Q和水深h为流动变量表示的特征隐式差分格式方法进行了简单的介绍，该方法运用特征思想，采用迎风差分格式，并将其应用到同一算例中进行结果分析，得出该方法能够稳定计算至恒定流情形，但模拟结果出现失真的结论。针对这种问题，本文尝试提出了以水深h和流速v为流动变量表示的特征隐格式法，运用特征思想，采

6、用迎风差分格式，对常见的上下游边界条件及初始条件进行了介绍。然后对同一算例进行数值模拟，分析计算结果，可以得出该方法计算稳定性更好，且计算时长较少，可以有效的模拟上下游边界条件变化剧烈的情况。进一步数值试验发现，时间步长取得过大，可能会导致模拟失真，需要结合数值实验及结果分析选择合适的时间步长。为了探究本文提出的以水深h和流速v为流动变量表示的特征隐格式法的适用性，文章举例分析其适用性问题，得出了该方法可以适用于多种实际工程，并且可以保证计算精度。关键词：明满过渡流Preissmann窄缝法特征隐格式数值模拟模型应用IAbstractAbst

7、ractInpracticalengineering,therearevarioushydraulicphenomenaaboutflowtransitionfromfree-surfacetopressuredstateindifferentapplication,sostudyonthistransitionflowisgreatsignificant.Atfirst,boththedomesticandforeignresearchprogressaresummarizedinthispaperaboutthehydraulicphen

8、omenonofflowtransitionformixedfree-surface-pressureinconveyancetunnel,withwhichthe