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高水头船闸阀门启闭过程及体型优化三维数值模拟研究
| 论文题名： | 高水头船闸阀门启闭过程及体型优化三维数值模拟研究 |
| 关键词： | 高水头船闸;紊流数值模拟;动网格;空化空蚀 |
| 摘要： | 乌江银盘船闸为目前国内单级最高水头船闸。通过对设计方案的初步计算成果和物理模型试验资料分析，在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甚低，有可能造成边壁的空蚀破坏，成为亟待解决的关键问题之一。 本文采用动网格技术和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，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，分析出现空蚀与流激振动的危险区域和时刻。将平面阀门和反弧阀门分别应用到银盘船闸输水系统阀门段中，通过对数模结果进行详尽的分析后，又在建议采用的反弧阀门1min开启方案的基础上对阀门后突扩廊道体型进行了八个方案的优化，并做了对比分析，此外，对银盘方案反弧门1min闭合过程中，阀门段水流特性也进行了一定的研究，最后得出以下7个主要结论： 1.通过前处理软件Gambit构建阀门段混合网格域和用VOF模型来处理阀门井存在的自由水面是较为有效的方法。 2.基于动网格技术，结合弹簧近似方法和局部网格重构法研究具有较大尺度变形的动边界问题，在不降低效率的同时，大大提高了网格变形的能力和网格质量，效果良好。 3.相对于静态仿真，动态仿真更能准确模拟出流场结构与阀门各种特性在变工况和启闭过程中的变化。 4.数模计算结果信息量庞大，详尽地描述了阀门段主流随阀门不同开度的衰减过程、漩涡形态、壁面压力分布、水流紊动强度及紊动耗散率分布，全面反映了银盘船闸输水系统阀门段的水力特性，发挥了物理模型难以取代的作用。 5.修改顶扩和跌坎高度以及升坎倾斜角可使阀门后廊道内压力明显上升，采用6min开阀时，推荐方案较设计方案升坎处压力提高约70kpa，较好地解决了负压问题，而采用1min快速开阀方式压力提高幅度比6min开阀更明显，故推荐采用1min开阀。 6.经综合比较平面门方案、设计方案以及设计方案后廊道体型优化三套方案16个工况，选取在反弧门开启的过程中，突扩体顶板上、下游侧、升坎凸弧处以及跌坎部位不产生负压或负压绝对值较小的方案八作为最终推荐方案。 7.从动态仿真结果看，阀门开启过程与关闭过程并非简单的反过程，启闭过程中其流场特性有很大不同。 |
| 作者： | 李洪奇 |
| 专业： | 水力学及河流动力学 |
| 导师： | 杨忠超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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