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船闸闸墙长廊道输水系统灌水过程闸室水流条件模拟研究
| 论文题名： | 船闸闸墙长廊道输水系统灌水过程闸室水流条件模拟研究 |
| 关键词： | 船闸;输水系统;数值模拟;三维流场;消力槛 |
| 摘要： | 闸墙长廊道输水系统是一种特别适用于中低水头船闸的简单式分散输水系统。在输水过程中，闸室水流条件与船舶停泊安全紧密相关，目前对于输水过程闸室水流条件的研究，多以物理模型及原型观测为主，在三维数值模拟方向尚未成熟和系统研究，本文对闸墙长廊道输水系统进行三维数值模拟，对船闸输水过程闸室水流条件的研究拓展了一种新方向。 本文以孟洲坝二线船闸为依托，以数学模型为主，运用物理模型验证数学模型。建立了1∶1的船闸整体输水系统三维数学模型，运用Gambit软件划分计算网格，采用RNG k～ε紊流模型，通过动网格技实现阀门的开启过程，结合VOF自由水面处理技术，对船闸灌水过程进行三维数值模拟，获取船闸灌水过程流场动态。运用物理模型试验测量的闸室各项水力指标对数学模型进行验证，结果表明两者吻合较好。初步认为三维数值模拟是船闸水动力学研究的有效途径。 孟洲坝二线船闸灌水过程数值模拟结果表明，充水阀门方面:在阀门开启过程中，阀门后出现了逆时针洄旋。随着阀门开度的增加，洄旋范围逐渐减小并向上游和廊道顶部附近移动;当阀门全开时，洄旋消失。阀门段的流速、紊动能和紊动耗散率随阀门开启呈先增大后减小的趋势，整个阀门开启过程阀门段未出现负压。 闸室流态方面:在灌水初期，侧支孔水流自上游至下游依次出水，闸室上游段的整体流速大于闸室下游段整体流速;在灌水中后期，由于惯性作用，闸室下游段的整体流速逐渐大于上游段整体流速。在整个充水过程中，闸室、侧支孔的流速随时间呈先增大后减小的趋势，单个支孔出流情况表明，随着支孔流速的增大，下游侧支孔射流末梢摆动明显大于上游支孔。 通过对比有槛方案和无槛方案得出:有槛方案由于消力槛的阻挡作用，闸室内的整体流速明显小于同一时刻无槛方案的流速，有槛方案最大紊动能、最大紊动耗散率远远小于无槛工况。因此，说明消力槛起到了良好的消能作用。 通过本论文的研究，为其他较复杂型式的输水系统和船舶与水流的耦合研究奠定了良好的基础，促进了船闸水力学学科发展。 |
| 作者： | 孙倩 |
| 专业： | 水利工程；水力学及河流动力学 |
| 导师： | 张绪进 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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