高水頭船閘閥門啟閉過(guò)程及體型優(yōu)化三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、烏江銀盤船閘為目前國(guó)內(nèi)單級(jí)最高水頭船閘。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案的初步計(jì)算成果和物理模型試驗(yàn)資料分析，在設(shè)計(jì)水頭下其充水閥門段存在較大的負(fù)壓，尤其是在突擴(kuò)體升坎處壓力甚低，有可能造成邊壁的空蝕破壞，成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 本文采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)和VOF方法對(duì)銀盤船閘充水閥門段閥門開(kāi)啟過(guò)程進(jìn)行非恒定流三維紊流數(shù)值模擬，分析閥門段水流急變分離的流態(tài)、流速、壓力等水力特性參數(shù)的時(shí)空演化規(guī)律，分析出現(xiàn)空蝕與流激振動(dòng)的危險(xiǎn)區(qū)域和時(shí)刻。將平面閥門和

2、反弧閥門分別應(yīng)用到銀盤船閘輸水系統(tǒng)閥門段中，通過(guò)對(duì)數(shù)模結(jié)果進(jìn)行詳盡的分析后，又在建議采用的反弧閥門1min開(kāi)啟方案的基礎(chǔ)上對(duì)閥門后突擴(kuò)廊道體型進(jìn)行了八個(gè)方案的優(yōu)化，并做了對(duì)比分析，此外，對(duì)銀盤方案反弧門1min閉合過(guò)程中，閥門段水流特性也進(jìn)行了一定的研究，最后得出以下7個(gè)主要結(jié)論： 1.通過(guò)前處理軟件Gambit構(gòu)建閥門段混合網(wǎng)格域和用VOF模型來(lái)處理閥門井存在的自由水面是較為有效的方法。 2.基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，結(jié)合彈簧近

3、似方法和局部網(wǎng)格重構(gòu)法研究具有較大尺度變形的動(dòng)邊界問(wèn)題，在不降低效率的同時(shí)，大大提高了網(wǎng)格變形的能力和網(wǎng)格質(zhì)量，效果良好。 3.相對(duì)于靜態(tài)仿真，動(dòng)態(tài)仿真更能準(zhǔn)確模擬出流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與閥門各種特性在變工況和啟閉過(guò)程中的變化。 4.數(shù)模計(jì)算結(jié)果信息量龐大，詳盡地描述了閥門段主流隨閥門不同開(kāi)度的衰減過(guò)程、漩渦形態(tài)、壁面壓力分布、水流紊動(dòng)強(qiáng)度及紊動(dòng)耗散率分布，全面反映了銀盤船閘輸水系統(tǒng)閥門段的水力特性，發(fā)揮了物理模型難以取代的作用。

4、 5.修改頂擴(kuò)和跌坎高度以及升坎傾斜角可使閥門后廊道內(nèi)壓力明顯上升，采用6min開(kāi)閥時(shí)，推薦方案較設(shè)計(jì)方案升坎處壓力提高約70kpa，較好地解決了負(fù)壓?jiǎn)栴}，而采用1min快速開(kāi)閥方式壓力提高幅度比6min開(kāi)閥更明顯，故推薦采用1min開(kāi)閥。 6.經(jīng)綜合比較平面門方案、設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)方案后廊道體型優(yōu)化三套方案16個(gè)工況，選取在反弧門開(kāi)啟的過(guò)程中，突擴(kuò)體頂板上、下游側(cè)、升坎凸弧處以及跌坎部位不產(chǎn)生負(fù)壓或負(fù)壓絕對(duì)值較小的方案八