下卧式闸门水力特性研究

摘要

本文在对近年来国内外有关闸门水力特性文献分析研究的基础上，通过理论分析、物理模型试验、数值模拟计算等研究手段对下卧式闸门的水力特性进行了研究。 通过因次分析，得出了下卧式闸门的流量系数主要受过闸水流的雷诺数、闸门开启角度、闸门相对长度以及过闸水流的相对淹没度的影响；门后通气量主要受上游来流的弗劳德数和门后空腔相对高度的影响。 通过物理模型试验，研究了下卧式闸门的控泄能力、过闸水流作用在下卧式闸门上时均压强的分布规律、脉动压强特性和闸门后通气量及其影响因素。试验结果表明，无论是在自由出流还是在淹没出流工况下，下卧式闸门开启角度对流量系数都有较大影响。闸门开启角度在30°左右时，流量系数存在极大值。在淹没出流工况下，流量系数随着相对淹没度的增大而减小。作用在闸门面板上的动水压强分布不同于静水压强分布，在闸门顶部产生负压区。各种工况下，作用在下卧式闸门上的脉动压强信号都具有较好的平稳性，幅值分布接近正态分布。门后通气设施失效使闸门下游面板上的脉动压强增加约8％。脉动压强频谱分析的结果表明，各测点脉动压强的频率结构基本相似，均属于低频脉动。在各种闸门开启角度下，随着弗劳德数的增大，气水比也逐渐增大，且气水比随着闸门后空腔相对高度的增大而增大。 通过数值模拟计算，分析研究了下卧式闸门在各种工况下，过闸水流的流态、流速分布特性以及作用在闸门面板上时均压强的分布规律。自由出流工况下，水舌落点随着闸门开启角度的变化而变化，在闸门开启角度为90°时，水舌落点接近闸门轴；门后旋涡随闸门开启角度的增大，先增大而后减小。在相同闸门开启角度下，随着下游水位的升高，门后形成的旋涡逐渐增大，产生明显的水跃。在门后不通气的工况下，过闸水流形成贴壁流动，水面线明显贴近闸门下游面板，流速也有所减小。对作用在闸门上时均压力的计算结果与试验实测结果进行了对比，相差不大。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2闸门的作用和分类

1.3闸门水力特性的研究现状

1.4下卧式闸门的研究现状

1.5本文的主要研究工作

第二章泄流能力特性

2.1下卧式闸门泄流能力计算公式

2.2下卧式闸门流量系数的影响因素分析

2.3下卧式闸门控泄能力的试验研究

2.4试验成果与分析

2.5小结

第三章动水压强与门后通气量

3.1实验装置量测仪器

3.2动水压强试验成果与分析

3.3下卧式闸门门后通气量的研究

3.4小结

第四章流速、流态及时均压强的数值模拟

4.1数值模拟技术概述

4.2自由水面问题的处理

4.3流场数值计算方法简介

4.4数学模型的建立

4.5计算成果与分析

4.6小结

第五章结论与展望

5.1本文研究成果

5.2下卧式闸门研究展望

参考文献

致谢

附录Ⅰ攻读硕士学位期间参加的科研工作

附录Ⅱ攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录Ⅲ攻读硕士学位期间获得的奖励