高压平板闸门水力特性及流激振动研究

摘要

水利水电工程的泄水建筑物，通常以闸门作为控制泄水的结构。现今随着高坝大库的不断涌现，闸门尺寸和作用水头均有所增加，目前国内外运行水头50～100 m的闸门已很普遍，闸门承受的水压力高达4000～6000 t。平板闸门是应用最早、最广泛的闸门型式。上世纪五、六十年代平板闸门在水利水电工程中应用很广泛。高水头平板闸门与弧形闸门相比具有尺寸较小、结构简单、施工方便、互换性强等优点，但也存在着启门力大、封水难度大、高速水流下门槽易空化及闸门振动等问题，本文以黄河积石峡水电站工程中孔泄洪洞进口水力学及闸门振动试验为背景，主要研究了如下内容： (1)借助于数值计算的帮助，对积石峡水电站中孔泄洪洞门后水流为无压明流的工作闸门门槽体形进行模型试验研究，最后确定工作闸门门槽体形参数。 (2)通过对积石峡水电站中孔泄洪洞事故闸门和工作闸门进行启闭力试验研究，来寻找一种适用于高压平板闸门启闭力优化的可行性方案，并进一步分析此方案的效果和适用范围。 (3)根据水弹性模型模拟原理和试验要求，制作高压平板工作闸门水弹性模型进行试验，并且对闸门的荷载特性和流激振动试验结果进行分析。 (4)应用ANSYS有限元软件，对该平板工作闸门建立三维有限元数值模型进行动力分析，得出此平板工作闸门的自振频率，并且进一步分析了流固耦合效应对自振频率的影响;同时运用试验获得的水动力荷载对其进行流激振动数值计算，并进行动力安全分析，提出建议。

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前人所做的工作

1.2.1平板闸门门槽的体形研究

1.2.2平板闸门启闭力的研究

1.2.3水流诱发闸门振动的激励机理

1.2.4关于实测闸门振动的资料

1.3本文所做的工作

第二章 积石峡水电站中孔泄洪洞工作闸门门槽体形研究

2.1工程概况

2.2模型设计及试验方法

2.3原设计方案试验结果

2.3.1水流流态

2.3.2压力分布

2.3.3结果分析

2.4修改方案试验结果及分析

2.4.1第一组修改方案试验结果

2.4.2第二组修改方案试验结果

2.4.3中间试验成果分析及修改方案探讨

2.5数值模拟计算

2.5.1 k～ε紊流模型

2.5.2 VOF水～气界面追踪方法

2.5.3边界条件

2.5.4数值模拟计算结果

2.6第三组修改方案试验结果及分析

2.7本章小节

第三章 高压平板闸门启闭力试验及优化研究

3.1模型设计

3.2闸门运行过程中受力分析和试验方法

3.3模型试验结果及分析

3.3.1工作闸门

3.3.2事故闸门

3.3.3试验结果分析

3.4事故闸门启闭力优化

3.4.1上主梁开孔方案(方案1)

3.4.2水平梁开孔方案(方案2)

3.4.3底主梁开孔方案(方案3)

3.4.4底主梁开孔率优化研究

3.5小结

第四章 积石峡水电站中孔泄洪洞工作闸门自振特性数值分析

4.1基本原理

4.1.1结构振动的运动方程

4.1.2特征值和特征向量的解法

4.1.3流固耦合的数值计算方法

4.2工作闸门自振特性及流固耦合效应分析

4.2.1工作闸门在空气中的自振特性(干模态)分析

4.2.2考虑流固耦合(湿模态)对闸门自振频率的影响分析

4.3本章小结

第五章 高压平板闸门流激振动模型试验研究

5.1引言

5.2水弹性模拟原理

5.2.1水动力系统的相似

5.2.2结构动力条件相似

5.3模型设计

5.3.1模型比尺

5.3.2模型布置

5.3.3水力学模型

5.3.4水弹性模型

5.4工作闸门水力学试验

5.4.1工作闸门面板上的时均压强

5.4.2工作闸门的动水荷载

5.5工作闸门流激振动响应数值计算

5.5.1工作闸门流激振动响应模型

5.5.2工作闸门的动力荷载工况

5.5.3典型计算点的位置

5.5.4位移及应力计算结果分析

5.5.5位移、应力与开度的关系

5.6工作闸门流激振动响应试验

5.6.1试验方法

5.6.2模型实测动位移

5.6.3模型实测动应力

5.7本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

硕士期间发表的论文：

硕士期间参加科研情况：

致谢