弧形闸门动水启闭力数值模拟

为研究弧形闸门的动水启闭力问题,以N-S方程为流体控制方程,结合k-ε湍流模型,采用VOF方法追踪闸门泄水时的自由表面,以小湾水电站泄洪洞弧形工作闸门为例,对固定在某一开度泄水时的流场进行数值模拟,求解出作用于闸门上的水压力大小和分布情况,并将结果与模型试验测得的结果进行对比。在此基础上,考虑闸门自重、铰轴摩阻力、止水摩阻力、上托力和下吸力对闸门启闭力的影响,得到最终所需的闸门动水启闭力,与模型试验测得的闸门启闭力作对比,验证数值模拟方法的正确性和可行性。     

总水压力对液压启闭翻板闸门支铰的最大启门力矩计算公式推导

结合工程实践，对液压启闭翻板闸门启门时总水压力对闸门支饺的最大阻力矩进行推导，导出了计算该力矩的公式，并以实例验证了液压启闭翻板闸门的启闭力计算过程。     

总水压力对液压启闭翻板闸门支铰的最大启门力矩计算公式推导

本文结合工程实践，对液压启闭翻板闸门启门时总水压力对闸门支铰的最大阻力矩的推导，导出了计算该力矩的公式，对液压启闭翻板闸门的设计具有较大的实用意义。     

总水压力对液压启闭翻板闸门支铰的最大启门力矩计算公式推导

结合工程实践，对液压启闭翻板闸门启门时总水压力对闸门支铰的最大阻力矩的推导，导出了计算该力矩的公式，对液压启闭翻板闸门的设计具有较大的实用意义。     

液压启闭翻板闸门时最大启门力矩计算公式的推导

本文结合工程实践，对液压启闭翻板闸门启门时总水压力对闸门支铰的最大阻力矩的推导，导出了计算该力矩的公式。     

葛洲坝2号船闸下闸首人字门动水阻力矩的模型试验研究

本文介绍了葛洲坝2号船闸下闸首人字门动水阻力矩的模型试验成果。试验比较了两组杆件尺寸在各种淹没水深、各种启闭门时间及边界条件下的阻力矩及其变化规律,并对阻力矩的计算进行了分析研究。笔者认为,启机采用Ⅲ_1组杆件尺寸进行设计是合适的,并提出了相应的动水阻力矩曲线。此外,还分析了影响阻力矩的因素,提出了进一步减小阻力矩峰值的措施。     

闸门水力特性综述

闸门在动水关闭的过程中所承受的动水压力是设计人员十分关注的重要问题。动水压力包括门顶水柱压力、下吸力、上托力、支承和止水摩阻力等，这些作用力，均是确定闸门启闭容量的重要依据。如果考虑不当则有可能无法打开或关死闸门。     

浅析人字闸门运行中主要故障分析

通过对江都水利工程五里窑船闸人字门底枢的检查、观测、维修,分析了该闸门在运行中出现的人字门底枢间隙变小、运行电流变大、闸门止水损坏、漏水严重等问题,发现影响闸门运行故障的主要原因为人字门底枢轴头安装时,轴头与铜套、底座配合过紧,轴头受闸门自重水平力作用而被磨损;关门后闸门上的支垫与闸墙上楔铁间隙增大,人字门上门枢与下门枢轴线的下端向内偏移,门底端下垂,止水磨损严重。采取了人字门底枢轴头和铜套安装及其运行管理的一些改进措施后,取得了良好的效果。     

不同闭门速度下的闸门水动力特性数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型、VOF模型及动网格技术,对平面闸门动水关闭过程进行了数值模拟,分析了闭门时闸门区的流场特征及闸门门体水动力特性,发现闸底附近压力梯度大,闸下压力沿水流方向逐渐减小;研究了以不同速度闭门时闸门底缘的压力情况,发现闭门速度对底缘压力影响较小,可适当增大闭门速度,快速闭门,确保闸门体系的安全运行。研究结果可为事故闸门的水力设计及运行提供一定的参考依据。     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。     

流量对事故闸门门体水力荷载影响数值模拟研究

抽水蓄能电站事故闸门动水闭门可靠性及门体水力荷载特性一直是闸门设计和运行中的核心问题,本文通过数值模拟,对响水涧抽水蓄能电站上库进水口事故闸门在不同事故流量工况下动水闭门过程的门体水力荷载进行研究,并与模型试验结果进行比较分析,相同事故工况的数值计算成果和模型试验成果吻合较好,表明采用RNG k~ε模型和VOF方法对平面闸门动水关闭的非恒定流过程进行数值模拟能够取得较好的结果。数值模拟计算结果表明流道的过流量对事故闸门门体水力荷载影响显著,初始事故流量越大,闸门动水关闭过程中闸门区满流向明流过渡时刻的闸门相对开度越大,闸门上游底缘上托力越小,事故闸门动水闭门的持住力相应越大。事故流量由151 m~3/s增大至800 m~3/s时,闭门持住力增大约20%。计算分析结果可为相关闸门的设计和运行提供参考。     

平板闸门小开度闸后水流特性数值模拟

现采用Fluent软件进行数值模拟,结合高水头平板闸门小开度的水工模型试验,对影响闸后水流特性的主要因素闸前水头和闸门开度进行研究,运用Fluent软件建立合理的数学模型进行模拟计算,并将计算结果与物理模型试验实测数据进行对比,两者吻合良好,且能较好反应平板闸门小开度闸后水流特性。表明应用数值模拟的方法研究平板闸门小开度闸后水流特性是可行的,并对数值模拟结果进行分析,得到相关规律。     

长输水隧洞中段有压平面闸门启闭力及稳定性试验

针对某输配水工程长输水隧洞中段有压平面闸门的动水启闭过程,根据重力相似准则建立水力学模型以研究闸门动态启闭力和静态持住力的变化特征及闸门底缘的水动力特性。结果表明:闸门的动水启闭力在小开度范围内变化剧烈且最大启闭力发生在相对开度0.05附近,持住力与启闭力随闸门开度变化规律基本一致;与底主梁不开孔方案比较,当底主梁开孔率27%时闸门最大动水启门力和闭门力分别减小5.7%和7.8%,降低幅度较小;该工程设计底缘形式的闸门振动是稳定的,闸门整体结构与水流发生共振的可能性很小,能够保障闸门稳定运行。     

闸坝型水库新型泄洪调度方法研究

传统的泄洪调度试验,通常针对单个流量级进行闸门调度优化研究,而没有考虑闸门开启或关闭的连续性。在实际洪水调度过程中,可能存在闸门升降反复运行,管理较复杂。以汉江孤山航电枢纽泄洪调度试验研究成果为依托,在模型试验中,需要在不同的流量之间反复调整闸门的开启组合方式,确保小流量已经开启的闸孔,大流量要继续开启,不够再开别的闸孔,且出闸底缘水流尽量为自由出流,避免淹没闸门底缘,以减轻水流波动引起的闸门振动,另外冲坑深度等指标也需要满足要求,提出了流量由小到大或由大到小闸门单向性连续开启或关闭的新型调度方式。该方法具有闸门操作简单、运行安全的特点。     

三河口水利枢纽泄洪放空底孔事故闸门水力学及流激振动试验研究

本文针对三河口水利枢纽泄洪放空底孔事故闸门动水关闭过程门体的水力学及流激振动问题,按重力相似准则和水弹性相似准则研制了比尺为1∶20事故闸门的水力相似模型和完全水弹性相似模型。通过模型试验,研究了事故闸门动水闭门过程中门体水力荷载和流激振动响应特性。研究结果表明:闸门上游底缘倾角由47°增大为57°时,上游底缘的最小压强由-98. 0 kPa增大为271. 8kPa,有利于防止闸门底缘附近发生水流空化及减小闸门闭门力。研制的事故闸门水弹性模型试验模态结果与数值计算结果吻合较好。该事故闸门水弹性相似模型能够更直接的测量分析闸门的流激振动响应特性,为闸门的设计和运行提供技术支持,并可为类似工程事故闸门的结构优化设计及运行提供参考。     

向家坝导流底孔平面封堵闸门流激振动问题研究

 向家坝水电站导流底孔平面封堵闸门拟采用液压张紧钢绞索设备进行启闭。这是水电系统首次采用该设备,由于该设备启闭闸门速度慢,且门体大、水头高,故闸门的流激振动安全问题备受关注。采用 1∶30 的水弹性模型试验和有限元计算相结合的方法,获得了试验与计算相互验证的闸门动力特性参数和闸门结构的静、动应力以及闸门上的脉动压力特性、振动特性等研究成果。表明：闸门在启闭过程中不会发生水力共振,闸门的振动比较小,是安全的。研究发现,门后负压对闸门安全运行有较大负面影响,门后增设通气孔改善了闸门的受力条件并减小了启闭力,据此建议门后增设通气孔。由于闸门摩擦力大,建议给闸门添加配重,以便顺利关闭。     

泵站有压输水系统启动过程中蝶阀非定常流场研究

蝶阀广泛应用于有压输水系统,其开启过程是输水系统启动运行的必经阶段。在开启过程中,阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动,具有变压差变截面的特点。本文针对泵站加压输水系统,采用一维/三维耦合计算思路,对蝶阀上下游的管路段按准恒定假设基于伯努利方程、对蝶阀所在的三维流体域基于动网格策略,构建了蝶阀开启过程数值分析方法,提出了模拟计算的动态边界条件及数据更新方式,对蝶阀开启过程非定常特性进行了三维数值模拟。研究结果表明,当阀板转角由0°匀速增大至90°,管道流量在阀板转角0~45°范围内快速增长,在45°时达到额定流量的90%,之后流量增长速度变缓。阀板水力转矩呈先快增后慢减的变化趋势,最大水力转矩出现在阀板转角20°时。从蝶阀前后流场可以看出,在阀板下游具有从两个主涡到流线平顺的演化特征。该研究揭示了蝶阀开启过程中水力瞬变演化机理,为优化蝶阀设计和输水系统稳定运行提供了参考。     

三峡水利枢纽导流底孔闸门泄流振动监测与分析

对三峡水利枢纽工程导流底孔闸门动力安全监测资料作了介绍与分析,其中包括闸门的动力特性和在设计水位条件下闸门在动水启闭过程中的振动加速度、振动位移、动静应力、脉动压力和启闭力的监测成果。监测成果表明闸门的自振频率监测成果与闸门水弹性模型试验成果很接近,振型相同;在动水开门和关门过程中,闸门在小开度时,下游面底缘的脉动压力较大;闸门门叶和支臂的振动小开度比大开度的大,未出现危害性振动,各测点的振动位移和振动应力都比较小,闸门振动是安全的。     

溢流堰表孔弧形闸门开启过程非恒定流水力特性

采用RNGκ-ε紊流模型结合动网格技术对某水利工程Y型宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了三维动态数值模拟研究。为了解闸门开启过程中各相对开度的水力要素特性,采用6种不同的开启总时间,给出各开启总时间对应的闸后流速、压强等水力要素对闸门开启速度的依赖关系,并定义了反弧及消力池3个压强分布区域。研究表明,闸门开启总时间较小时,闸后水流的滞后效应明显,各对应相对开度时闸后水面线偏低;开启过程中溢流堰反弧处最大流速、冲击区最大压强等都会远大于恒定情况时的对应值。冲击区最大压强及其与调节区平均压强的差值随开启速度的增大迅速增加,且需经过较长时间才逐渐回到正常值。开启速度较小时,各水力要素增加较为平缓。将闸后水面线等计算结果与试验结果进行对比,吻合良好,验证了数值方法的可靠性,可为类似水工闸门运行提供借鉴。