閘底長(zhǎng)廊道輸水系統(tǒng)雙明溝細(xì)部?jī)?yōu)化的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)是世界上修建人工運(yùn)河通航建筑物最早的國(guó)家。到目前為止，已建成應(yīng)用的船閘過(guò)船建筑物有800多座。輸水系統(tǒng)作為船閘的重要組成部分，其布置及相關(guān)水力學(xué)條件與船閘的通過(guò)能力、營(yíng)運(yùn)效益以及船舶的停泊安全密切相關(guān)。一方面輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足輸水時(shí)間的要求，以確保船閘的通過(guò)能力和營(yíng)運(yùn)效率;另一方面在船閘輸水過(guò)程中，隨著閘室內(nèi)水面的上升或下降，停泊在閘室內(nèi)的船舶受到非恒定水流形成的水面坡降力、水流運(yùn)動(dòng)的流速力等多種作用力，當(dāng)這些作用力過(guò)大時(shí)將引發(fā)不

2、利于船舶停泊安全的問(wèn)題。因此，在船閘充水過(guò)程中，需要在輸水系統(tǒng)中設(shè)置消能明溝、消能蓋板或消力坎等消能設(shè)施，以改善閘室內(nèi)船舶的停泊條件，滿足船舶安全過(guò)閘的要求。
　　目前，關(guān)于明溝布置和消能特性的研究國(guó)內(nèi)外均涉及較多，尤其是單明溝消能型式。雙明溝消能?chē)?guó)內(nèi)對(duì)其也做了一定研究，但多限于某些特定船閘，在設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)細(xì)部等方面的研究并不充分。本文從消力梁擋坎高度及孔口尺度兩個(gè)方面入手，開(kāi)展了對(duì)雙明溝細(xì)部?jī)?yōu)化的數(shù)值模擬研究。為使實(shí)驗(yàn)成果具有

3、代表性，本文針對(duì)消力梁孔口尺度及擋坎高度進(jìn)行了無(wú)量綱化，得到典型尺度參數(shù)A1/a、A2/a、B/b（分別表示擋坎高度與廊道支孔高度的比值、孔口高度與廊道支孔高度的比值和孔口寬度與廊道支孔寬度的比值）。研究基于有限元軟件Fluent，通過(guò)分析比較閘室各斷面流速分布、剩余比能及動(dòng)能等能反映雙明溝消能效果的特征參數(shù)，得出了雙明溝細(xì)部（消力梁擋坎及孔口）的較優(yōu)布置尺度。
　　主要結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)已有物理實(shí)驗(yàn)成果對(duì)三維數(shù)值仿

4、真模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，表明以數(shù)值模擬的方式開(kāi)展對(duì)雙明溝細(xì)部?jī)?yōu)化的研究是可行的。
　　(2)消力梁孔口尺度按原設(shè)計(jì)方案（孔高A2/a=1.389，孔寬B/b=4.706）布置的情況下，雙明溝擋坎高A1/a=0.667～0.944時(shí)，消能效果較優(yōu)。
　　(3)消力梁擋坎高度及孔口寬度按原設(shè)計(jì)方案(擋坎高A1/a=1.111，孔寬B/b=4.706)布置的情況下，雙明溝孔高A2/a＞1.000消能效果較好。
　　(4)消力