超大輸水功率條件下閘室蓋板消能特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來在我國通航河流中在建或擬建水頭超過30m的船閘數(shù)量快速增長，航運發(fā)展的需要刺激了船閘發(fā)展向著超高水頭、大尺度前進，因而給船閘建設(shè)的關(guān)鍵性技術(shù)——輸水系統(tǒng)設(shè)計帶來了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。當船閘水頭和尺度均達到較大量級，要求一定時間內(nèi)充入閘室的水體能量巨大，相應(yīng)的輸水功率也需成倍增長。為探求超大輸水功率條件下閘室蓋板消能工的消能特性和機理，以及其影響閘室流場、水面波動的關(guān)鍵控制因子，本文運用Fluent數(shù)值計算軟件，采用一種分級消能結(jié)構(gòu)的水

2、平分流閘底支廊道二區(qū)段出水輸水系統(tǒng)型式，對幾種不同結(jié)構(gòu)的蓋板消能工進行了數(shù)值模擬，得到的主要研究結(jié)果如下:
　　1.本文數(shù)值模擬所采用的紊流模型為雷諾應(yīng)力模型，經(jīng)與理論解對比驗證后可知模擬結(jié)果與其吻合度較高，可靠性較強。
　　2.模擬計算采用的凹凸型布置蓋板結(jié)構(gòu)、雙頂支孔結(jié)構(gòu)的消能過程主要分為兩個階段:一是側(cè)支孔處射流碰撞消能室壁消能;二是頂支孔處射流受蓋板擋水消能。而帶消能檻的凹型布置蓋板結(jié)構(gòu)消能過程可以分為三個階段，前兩

3、階段與上述相同，增加的第三階段為蓋板出流后在半開敞式消能室內(nèi)摻混、碰撞消能。由紊動能分布可知，本文列舉的各個工況的大部分能量耗散均來源于第一個階段，均達到80％以上。
　　3.消能室內(nèi)紊動能分布規(guī)律為:最大紊動能位置基本靠近側(cè)支孔沖刷的壁面，并向四周逐漸發(fā)散，橫向發(fā)散區(qū)域最長約6m。蓋板空腔內(nèi)橫向紊動能分布主要集中在中部，并向兩側(cè)逐漸衰弱。在消能室、閘墻邊壁以及蓋板表面，水流與其碰撞、摩擦也耗散了一部分能量。
　　4.對比了

4、凹凸型布置蓋板型式的消能室高度變化情況，發(fā)現(xiàn)其高度的改變對消能效果的影響并不大。主要原因為:在同樣流量的情況下，主廊道、側(cè)支孔與消能室形成了一個封閉的空間，流量決定了頂支孔處流速，同類型工況下進入閘室區(qū)域的水流流速、流態(tài)基本相同。
　　5.對于雙頂支孔結(jié)構(gòu)，當雙頂支孔間距達到一定量級后，兩股水流會發(fā)生摻混作用，在蓋板空腔內(nèi)、兩頂支孔之間的空間形成兩股摻混的小漩渦。在蓋板空腔凈高約為支孔寬度的7倍，支孔凈間距達到支孔寬度的4倍時，能