三峡船闸末级闸首超长泄廊道中阀门水力学关键问题研究（1）——正常开启过程的阀门水动力学特性

利用物理模型试验和数学模型计算，分析了三峡船闸末级闸首泄水廊道中阀门在正常开启过程中，阀门人面的水流流态特征，阐述了非恒定流条件下的阀门段廊道水流压力、阀门启门力和阀门段空化特性，确定了反向弧形门各开度下的临界空化数。     

三峡船闸末级闸首超长泄长廊道中阀门水力学关键问题研究（2）:—事故运水关闭过程的阀门水动力学特性

运用物理模型试验和数学模型计算的结果，阐述了三峡船闸末级闸首超长泄水廊道的阀在事故动水送闭过程中，阀门段水流出现的明满流交替流态特征，分析了阀门关门速率，起关开度对阀门后廊道冲击特性的影响，实测了阀门可能承受的最大作用水头，探讨了阀门启闭力、支铰荷载和阀门段的空化特性。     

三峡船闸末级闸首超长泄水廊道中阀门水力学关键问题研究(2)——事故动水关闭过程的阀门水动力学特性

运用物理模型试验和数学模型计算的结果 ,阐述了三峡船闸末级闸首超长泄水廊道的阀门在事故动水关闭过程中 ,阀门段水流出现的明满流交替流态特征 ,分析了阀门关门速率、起关开度对阀门后廊道冲击特性的影响 ,实测了阀门可能承受的最大作用水头 ,探讨了阀门启闭力、支铰荷载和阀门段的空化特性 .     

银盘船闸阀门开启过程水力特性动态仿真

乌江银盘船闸为目前国内单级最高水头船闸.分析设计方案的初步计算成果和物理模型试验资料表明,设计水头下其充水阀门段存在较大的负压,尤其是在突扩体升坎处压力很低,有可能造成边壁的空蚀破坏.采用动网格技术和VOF方法对银盘船闸充水阀门段阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,采用6 min开阀方式,分析阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,分析出现空化空蚀的危险区域和时刻,为乌江银盘船闸因高速水流而引起的输水系统阀门段廊道内空化空蚀问题提供了解决途径.     

高水头船闸阀门段廊道防空化设计

高水头船闸水力学的关键技术问题之一是阀门及阀门段廊道的空化。解决此问题的关键技术,包括合理确定阀门段廊道布置高程和廊道体型、输水阀门选型和开启方式等。对这些问题进行了较详细的分析和论述,并结合工程实例重点介绍了输水阀门和阀门段廊道防空化气蚀措施的最新设计研究成果,即根据不同的阀门段廊道体型,配合门楣通气,同时辅以其他通气方式,能有效地抑制阀门底缘空化,提高阀门段廊道整体抗空化能力,还减少了阀门段廊道的埋置深度,节省土建工程量。     

桥巩船闸工作阀门抑制空化措施与原型试验

桥巩水电站船闸等级为Ⅳ级,输水系统型式为闸底长廊道侧支孔出水,明沟消能。输水系统工作阀门采用平板门,其工作水头超过国内已建船闸,阀门空化问题非常复杂。通过原型试验,对阀门廊道体型和布置进行了优化,采用小门槽型式,解决门槽空化问题;缩小阀门下游面板与门楣的间隙,实现门楣自然通气;结合“阀门后底突扩＋顶突扩”的新型廊道体型,改善了阀门底缘水流流态,有效地抑制了阀门底缘的空化。首次提出了可以实现自然通气的台阶状跌坎布置型式。跌坎通气后形成的掺气水流,不仅覆盖了跌坎空化溃灭区域,抑制了跌坎空化;而且还延伸至升坎区域,对突扩廊道底板及升坎亦能起到一定的保护作用。     

船闸突扩廊道体型的水力特性

本文提出了船闸输水阀门后的几种突扩廊道体型,推导了考虑阀门前均速断面至阀门后收缩断面之间能量损失的廊道压力计算公式,以及阐明了突扩廊道体型对阀门后廊道压力的影响。还讨论了输水阀门后水流收缩断面处影响收缩系数的主要因素,并应用流动显示的新方法——萤光微丝法实测了收缩系数。用YCW-500-A微型传感器与HP5451C富里叶分析仪等组成的测试系统,实测和分析比较了突扩廊道体型和直段廊道体型的水流压力脉动。最后分析了突扩廊道体型的水流空化特性。     

昭平水电站船闸槛下分散输水系统水力特性研究

叙述了我国第一座采用槛下闸底廊道二区段出水的分散输水系统船闸－广西昭平电站船闸（水头２０ｍ，闸室有效尺寸为６０ｍ×８ｍ×１．５ｍ）１：２０输水系统水工整体模型及１：１６阀门段减压模型试验成果，并对闸室输水水力特性及船舶停泊条件、空腹式输水阀门廊道段的水力特性，包括阀门的阻力系数、收缩系数、阀门后水流收缩断面的最低压力以及阀门的空化特性和减免空蚀措施等方面作了介绍。原型运转表明，该船闸水力条件令人满意。     

高水头船闸反弧形阀门门顶缝隙流特性及其应用

本文介绍了高水头船闸门顶缝隙流的１:１切片模型试验及其机理；阀门段廊道减压模型中的通气部位比较试验；门楣通气方式以及两座船闸门楣自然通气措施的实际应用情况。原型观测成果表明，门楣自然通气不仅可减免顶止水缝隙空化，而且可抑制阀门底缘空化，改善船闸运行条件。     

三峡永久船闸输水廊道水动力学特性研究

该文对三峡永久船闸末级闸首阀门段输水廊道进行了数值模拟,对阀门段输水廊道的内部水流流动特征进行了分析,并研究了阀门后廊道顶部的压力特性,分析比较了以不同速率开启阀门及不同开度下紧急关闭对阀门段输水廊道内部流场的影响。将二维结果与三维结果及实验结果进行对比,变化趋势基本一致,验证了边界条件提法的合理性及数值方法的可行性。该研究对永久船闸阀门开启速率及紧急关闭时阀门开度选择具有一定的指导意义。     

高水头船闸阀门顶缝空化切片试验研究

针对日益严峻的高水头单级船闸阀门顶缝空化问题,采用能够真实反映缝隙流特性的1:1切片模型试验,研究阀门顶缝空化特性及门楣自然通气防空化机理。研究表明,随着空化的发展,缝隙段依次发生喉口跌坎空化、主流中心空化和阀门面板空化,缝隙段负压区不断延伸,直至整个缝隙段达到稳定的-10 m水柱负压,压力脉动很小;门楣自然通气通过增加缝隙段压力,消除主流中心空化和阀门面板空化,抑制喉口跌坎空化。当采用门楣自然通气措施后,缝隙段压力稳定在-2 m水柱左右,空化消失,缝隙段水流脉动压力增大;缝隙段压力与单宽通气量近似二次多项式关系,通气量极值对应的缝隙段压力约-2 m水柱,此时缝隙段压力与通气量达到平衡状态,当缝隙段压力逐渐升高时,门楣通气量逐渐降低,直至自然通气停止。     

三峡船闸末级闸首超长泄水廊道中阀门水力学关键问题研究（3）—事故动水关闭情况下改善阀门工作条件的措施

针对三峡船闸末级闸首泄水廊道阀门事故动水关闭的情况下，阀门段存在大范围的脱空和空化，提出了封堵检修门井＋廊道顶有控制地通气，以及门楣自然通气的综合工程措施，以改善阀门的工作条件。物理模型试验和数学模型计算结果论证了该综合工程措施是有效的。     

高水头船闸反弧形阀门门顶缝隙流特性及其应用

本文介绍了高水头船闸门顶缝隙流的１：１切片模型试验及其机理；阀门段廊道减压模型中的通气部位比较试验；门楣通气方式以及两座船闸门楣自然通气措施的实际应用情况。原型观测成果表明，站楣自然通气不仅可减免顶止水缝隙空化，而且可抑制阀门底缘化，改善船闸运行条件。     

葛洲坝船闸水力学原、模型试验比较

本文根据葛洲坝三座船闸原、模型试验资料,对船闸输水系统的水力特性、船只系缆力、阀门后廊道压力、水流空化噪声、阀门启闭力、阀门振动等问题作了综合分析比较。结果表明,原型充泄水时间比模型短,阀门后廊道顶板压力比模型低。文中所得到的结果对科研设计有参考意义。     

桃林口水库底孔水流空化特性研究

通过对桃林口水库底孔水流的空化特性试验研究表明，无论高水位还是低水位泄流，短有压进口段及门槽部位均未产生空化水流。虽然明流段的最大流速达 39.47 m/s，但水流的空化仍仅属初生空化，可采用提高混凝土强度和控制过流面平整度的措施防止空蚀破坏。     

葛洲坝船闸输水阀门空穴流研究

葛洲坝船闸采用反弧形阀门进行灌泄水,对这种门型的模型及原型,进行了大量的空穴流试验及观测。其中2号及1号船闸阀门进行了模型比尺L_r=25的减压模型试验,并对流态及空化类型进行了分析。试验表明,当阀门开度n=0.3～0.7时,阀门底缘发生空化。由于在输水过程中,阀门段廊道顶面始终存在正压,故设计特殊的通气布置方案,并经试验验证可行,方案已为设计部门采用。对3号及2号船闸的输水阀门进行了原型空穴流的声学测定,据测定资料经分析认为,在顶止水缝隙处存在空穴流,并对输水过程中出现的啸声及雷鸣声进行了分析判断。     

突扩廊道体型减免高水头船闸输水阀门空化研究

高水头船闸存在的主要关键技术问题是船闸输水阀门的空化与空蚀问题.本文在综合研究国内外改善输水阀门空化的措施基础上,提出了突扩廊道体型以及减免输水阀门空化,通过物理模型试验和原型观测研究,充分论证了突扩廊道体型减免空化的效果.结合三峡工程连续五级船闸水力学试验研究,优化了突扩廊道体型,提出了结构简单、具有很强抗空化能力的底扩体型.闽江沙溪口船闸水力学原型观测成果表明,突扩廊道体型减弱了阀门空化强度,起到了保护阀门和廊道边壁免遭空蚀破坏的作用,保证了该船闸的正常运转.     

压力梯度区空化特性试验研究

选择二元反弧明流，对压力梯度变幅大、水流结构复杂的反弧段及其下游的水流进行了空化研究。结果表明，随紊流边界层的发展，下切点和水平段连结处，局部绕流速度增大，压力大幅降落，水流紊动加剧，边界层中心附近紊流强度和切应力均达最大，空化数最小，因而，是空化易发部位     

三峡船闸反弧门水弹性振动初步试验研究

本文简要介绍了水弹性振动模型相似准则,对三峡船闸反弧门采用近似满足水弹性振动相似准则的有机玻璃模型进行流激振动试验,并在空气中进行模态分析。试验表明阀门的振动是随机振动,不仅有质量振动,而且有结构振动,有若干阶模态被激发参与振动。在开门和关门过程中,阀门面板脉动压力和阀门的流激振动是不大的,与葛洲坝船闸阀门段内不出现大空泡溃灭时的振动水平相当。由于采用的常压模型不能模拟阀门段的空化现象,对于廊道内可能产生的空泡溃灭所引起的阀门振动尚须通过减压模型进行研究。     

银盘船闸输水系统布置型式研究

银盘船闸水头高使得输水阀门及分流口区极易出现水流空化。虽然阀门段和分流口区空化问题在三峡多级船闸中进行过大量的研究,但是因单级船闸泄水时下游水位相对恒定,阀门工作条件极为恶劣;又因银盘船闸下游通航水位变幅大,不能采用阀门浅埋深加自然通气的方法解决空化问题;另受地质等因素限制,阀门埋深又不能太大,使解决阀门段空化问题难度进一步加大。为保证船闸建成后自身及通行船舶的安全,进行了1∶20模型试验,试验发现设计方案阀门段已出现真空负压,分流口压力脉动大。通过对输水阀门运行方式及输水系统布置等进行优化,使阀门段最低时均压力上升至2×9.8 kPa,基本解决了阀门段空化等关键技术问题,为设计提供了科学依据。