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。     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

水力自动滚筒闸门是一种新型水力自动闸门，它利用水压力产生的推动力矩、闸门自重以及闸门配重产生的回复力矩进行自动启闭，以实现水流的自动调节、运行和排沙。鉴于对该类闸门的水力特性还没有充分研究，本文利用RNG 湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟，并对自由水面引入了水－气两相流分层理论中的流体体积分数法（VOF）迭代求解。通过数值模拟，得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的受力，并与模型试验实测结果进行对比分析，两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用推广，同时，所得结果对水力自动滚筒闸门的设计具有指导意义。     

水力自动滚筒闸门水动力特性数值模拟

本文对水力自动滚筒闸门的水力特性进行了研究,利用RNGk-ε湍流模型对圆筒闸体绕流流场进行了模拟,并对自由水面引入了水—气两相流分层理论中的流体体积分数法(VOF)迭代求解。通过数值模拟,得到不同时刻计算域内的相体积分布、圆筒闸体附近速度场、压力场以及各工况的荷载,并与模型试验实测结果进行对比分析,两者吻合较好。说明VOF法可以在圆筒闸体绕流流场自由表面的计算中应用。     

水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

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。     

不同开度时弧形闸门流固耦合数值模拟

为研究弧形闸门局部开启时受力情况,采用单向流固耦合的方法,结合Realizable k-ε湍流模型和VOF方法,利用ANSYS、Fluent软件建立了水流流场和闸门三维模型,对不同开度下闸门受力情况进行数值模拟,获得了过闸流量和闸门变形、应力变化的规律,通过与理论计算过闸流量对比,验证了数值模拟结果的准确性。结果表明:随着闸门开度的增大,闸门动水压力逐渐减小,最大应力区域发生了变化,应依据不同的工作环境进行闸门设计和加固。     

高水头船闸一字闸门水动力特性数值模拟

针对某山区高水头船闸30 m淹没水深下一字闸门的水动力特性进行研究,借助FLUENT软件提供的Realizable k-ε紊流模型对门体启闭过程非恒定流场进行动态模拟,通过建立由二维平面混合网格纵向拉伸成的三维棱柱体网格,结合2.5D重构和弹性光顺动网格法,在降低网格数量、提高计算效率的同时,实现一字闸门启闭全过程三维流场模拟。引入VOF法对自由水面迭代求解,得到一字闸门启闭过程门前后水位差及动水阻力矩变化规律,将计算结果与模型试验进行比较,两者吻合较好。模拟计算发现:门底间隙对闸门运行整个阶段动水阻力矩均有影响,动水阻力矩峰值随门底间隙增大而变小。     

底轴驱动翻板闸门动力特性数值分析

以苏州河河口水闸工程底轴驱动翻板闸门为例,基于有限元分析方法和流固耦合理论,采用数值分析的方法,分别计算分析了无水、有水时闸门结构的自振频率和振型,并通过比较揭示了流体对底轴驱动翻板闸门动力特性分析的影响。     

水库闸门不同开度下过闸水流水力特性研究

为研究伯斯阿木水库工程导流兼深孔泄洪洞工作闸门过闸水流水力特性,考虑闸门开度与过闸流量因素,借助水工模型试验方法,分析了过闸水流的水位、流速以及压强特征。试验结果表明,开度会影响闸前上游水位的稳定性,而过闸流量只会影响水位值。过闸流量对过闸水体流速影响效应高于开度因素。开度增大,面板时均压强降低,而过闸流量对之影响相反。开度、过闸流量会改变面板零压强分布区,影响面板渗流安全。论文可为挡水闸门的运营调度以及过闸水流稳定分析提供参考。     

小开度条件下露顶弧形闸门动水压力计算

针对小开度条件下露顶式弧形闸门的动水压力问题,根据弧形闸门小开度条件下水流的特点,将该情形下的水流流动情况近似当作源点流出又汇聚到汇点来模拟,由平面无旋流动势流的叠加原理,利用相应的复势函数,同时将弧形闸门面板当作汇流的边界流线,计算得出闸门面板上的压强分布规律,进而得到闸门小开度条件下垂直作用在闸门面板上的动水压力。     

大型浅水湖泊水动力特性数值分析

准确模拟太湖水流动态变化特性及水动力特征对模拟、预测污染物迁移转化规律以及理解水流运动与污染物相互作用机制具有重要的实用价值。以环境流体力学(EFDC)模型为基础,收集2009年-2010年水文、气象数据及湖区地形数据,并考虑引江济太工程对湖区的影响,建立符合太湖湖区水流特性的水动力模型。模型模拟结果表明最大风向、最大风速的组合方式模拟出来的流场情况最接近真实湖体流场,引江济太工程对湖流的影响微小,模型的水动力模拟效果良好。     

弧形闸门小开度运行分析

弧形闸门工作稳定、可靠,受力条件好,对启闭设备的启闭力要求较小,因此被水利工程广泛使用,特别是针对经常起落的工作闸门,采用弧形闸门更能显示出其优越性。但存在一个长期被人们忽视的问题:闸门的开度及其测量方法。本文根据柴河水库工作闸门的实际使用情况,进行初步分析、计算,得出闸门开度与液压启闭机活塞杆伸缩量换算表。     

不同止水方式对平面钢闸门静力特性影响分析

为得到前、后止水两种止水方式对平面钢闸门静力特性的影响,以某水工平面钢闸门为例,借助有限元软件建立了两种不同止水方式的某水闸三维有限元模型,从构件的应力分布及挠度变形两个方面展开研究。计算结果表明:闸门各构件应力均满足强度要求,但局部易出现应力集中现象;两种止水方式对于平面钢闸门的应力分布影响主要在于面板、主横梁、边梁;采用后止水时,平面钢闸门的抗变形能力更强。计算结果可为同类水闸工程止水布置及结构的设计提供参考。     

平面钢闸门自振特性有限元分析

为了使平面钢闸门的自振频率远离水流的高能脉动主频率段,保证闸门的安全,在重点考虑流固耦合对闸门自振特性影响的基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS分析平面钢闸门的自振频率,并结合工程实例,分析了平面钢闸门在无水和有水状态下的振动特性,结果表明,流场对闸门自振特性影响较大,对低阶振动频率的影响尤其显著.     

闸门量水开度仪的设计与实现

闸门监控系统以"实时闸门量水、无人值守"为设计原则,综合运用传感技术、自动化控制技术、计算机软硬件技术等,设计一套实现闸门量水、现场自动控制和远程监控的自动化控制系统;本文重点介绍了闸门量水开度仪作为灌区水工建筑物量水方法中的核心控制器的设计与控制方案,闸门量水开度仪设计实现数据采集、流量计算、自动控制及远程通讯功能。     

涌潮荷载作用下大型桁架式平面闸门动力响应仿真分析

通过三维有限元数值模型进行涌潮荷载作用下大型桁架式平面闸门动力响应仿真分析,研究大型桁架式平面闸门的结构动力特性,得出流固耦合条件下闸门结构的振动频率变化特征。在此基础上,通过涌潮荷载作用模拟对结构的动力响应进行仿真计算,得出闸门动位移和动应力值。采用水弹性振动模型对闸门结构的涌潮动力响应进行试验验证。验证结果表明,仿真计算结果与试验结果基本一致,仿真计算结果合理。最后,针对局部应力集中现象对闸门结构进行修改优化,并提出抗振优化方案。     

基于Ansys Workbench的流固耦合下不同开度弧形闸门应力变形分析研究

针对某水利枢纽工程中弧形闸门在流固耦合场中应力变形特征,引入流固耦合分析理论与Ansys Workbench数值计算平台,研究了闸门支座反力特征参数值随开度值增大而逐渐减小,开度值为5.0时,铰支反力与吊支座反力相比开度值0下分别降低了86.7%、95.0%;分析了两支座反力在不同开度下的差异特点。获得了不同开度下闸门在Z向、X向变形特征与分布态势,量值亦是随开度增大而降低。基于不同开度下应力值变化特征,得到了最大拉、压应力与等效应力分别为132.28 MPa、201.48 MPa、184.27 MPa,小开度与大开度下闸门最大等效应力位置会发生变化。论文为研究闸门安全有效运营的开度值提供一定参考。     

平面钢闸门自振特性研究

主要用有限元分析软件ANSYS分析的方法，以获取闸门的自振频率和振型模态特性，通过对平面钢闸门采用规范中的附加质量法（单纯的附加质量法），及考虑流固耦合效应下来进行对闸门自振特性的计算，结果表明：附加质量法只对初始频率和初始振型有效，水体高度对结构自振频率的影响呈非线性变化，随着高度的增加附加质量法和考虑流固耦合计算得到的频率相差加大，水体高度的变化对结构的高阶频率影响较低阶频率要显著。虽附加质量法不如考虑流固耦合的计算精确，水位在闸门高度1／2以下时，附加质量法也可以用来计算闸门的自振特性。     

水动力荷载与闸门振动

分析了水动力荷载与闸门振动特性，采用实验模态分析验证有限元数值计算得到的闸门模型特性，并进行闸门结构的优化设计，应用随机振动理论分析闸门结构的随机振动响应，计算实例，表明，优化闸门结构的动特性可有效地提高闸门的抗振性能。