高水頭船閘閥門段體型優(yōu)化三維數(shù)值模擬

楊忠超,楊 斌,陳明棟,胡雪梅

(重慶交通大學(xué)內(nèi)河航道整治技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074)

由近年國內(nèi)、外船閘建設(shè)狀況可知,越來越大的船閘規(guī)模及越來越高的水頭是現(xiàn)代船閘的發(fā)展趨勢。船閘輸水閥門每天頻繁操作,工作條件復(fù)雜,在非恒定高速水流作用下,極易在閥門段、分流口等部位形成空化,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致閥門及輸水廊道空蝕破壞,威脅建筑物及通航安全,因此,輸水系統(tǒng)閥門段的空化問題是高水頭船閘設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)難題[1-4]。烏江銀盤樞紐船閘設(shè)計(jì)最高通航水頭達(dá)36.46m,為目前國內(nèi)已建和在建船閘中最高的水頭,是世界排名第3的單級(jí)船閘。在物理模擬試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算中,閥門段空腔內(nèi)均出現(xiàn)負(fù)壓,尤其在升坎反弧處水流脫離邊壁,負(fù)壓尤為明顯。并且,該處負(fù)壓接近廊道邊壁,容易對(duì)建筑物造成空蝕破壞。

采用數(shù)值模擬手段研究閥門廊道中的流場特性具有優(yōu)化體型方便、節(jié)約財(cái)力、節(jié)省時(shí)間、不存在比尺效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),是物理模型試驗(yàn)研究的有力補(bǔ)充手段。王玲玲等[5]、戴會(huì)超等[6]、馬崢等[7]采用 k-ε雙方程模型對(duì)三峽船閘充水系統(tǒng)閥門段進(jìn)行二維數(shù)值模擬;王智娟等[8]采用三維數(shù)學(xué)模型在閥門開度n=0.4時(shí)對(duì)銀盤船閘閥門段體型進(jìn)行優(yōu)化。這些研究成果加深了對(duì)閥門水力學(xué)的理解,為高水頭船閘閥門設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。

在整體埋深及廊道尺寸受限的情況下,通過局部體型修改來優(yōu)化其壓力條件是解決空化空蝕問題的有效途徑。……