原文传递
船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究
| 论文题名： | 船闸阀门突扩体廊道掺气水流数值模拟研究 |
| 关键词： | 船闸阀门;突扩体廊道;掺气水流;数值模拟;水力特性 |
| 摘要： | 近二十年来，我国水利建设及河流水资源综合开发利用进入了快速发展时期。兴建水利枢纽，带来的效益之一是改善了航运的条件。而船闸作为水利枢纽通航建筑物的主要型式，以其技术成熟、工作稳定、运行维护方便等优点应用最为广泛。随着一大批高坝枢纽的建设，船闸的工作水头也在大幅提高，同时为提高其适用性，高水头和超高水头的船闸不断出现，逐渐成为现代船闸的发展趋势。但高水头船闸的阀门段廊道空化问题一直是制约船闸安全运行的巨大隐患，空蚀破坏是船闸输水廊道中常见的破坏。现今用于改善空化条件的措施有两点，一是优化阀门段廊道体型，如船闸阀门段廊道新型上下突扩体型是一种比较成熟的廊道最优方案，相比平顶型和顶扩型，其不仅满足了高水头船闸输水的要求，而且很大程度减少了空蚀空化问题，但该廊道体型仍然存在一定范围的空化区;所以须采用到另一种减蚀措施——增设掺气系统，通过掺气来解决空蚀空化问题。 物理模型试验是研究船闸阀门段廊道掺气水流最主要的手段，而关于廊道掺气数值模拟几乎无人涉及。由于阀门门楣的掺气条件复杂，不易数值模拟，因此本文重点以数值模型的研究手段对阀门后上下突扩体型廊道的掺气水流的水力特性进行了数值模拟，以国内某典型高水头船闸阀门段廊道为建模对象，结合物理模型试验资料和相关理论知识，建立设置了台阶状跌坎和升坎的新型突扩体几何模型，选用Fluent软件中的VOF模型和Mixture多相流模型，分别对阀门段廊道掺气前后进行二维数值模拟。最后得到以下四个主要结论: ①新型突扩体廊道属于更进一步的优化体型，提高了廊道内的压力，相比于船闸其他体型，其廊道底板、升坎等多个部位的空化溃灭区得到可观的改善，通过本文数值模拟验证了其良好的减蚀效果; ②新型突扩体型廊道在阀门0.4、0.5、0.6和0.7开度时，在廊道顶部产生一定范围的负压区域，易产生空化;在阀门0.3和0.4开度时会在跌坎部位第一、二级台阶处产生少许负压，形成空化源; ③阀门0.4开度，廊道顶掺气速率达到18m/s时，原廊道顶负压区域全部转化成正压; ④掺气水流基本遵循了掺气速率越大，则掺气浓度越高，负压改善越好的规律。 |
| 作者： | 向祎 |
| 专业： | 水利工程;水利水电工程 |
| 导师： | 陈明栋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
