Numerical Simulation Study on Hydraulic Characteristics of Dock's Filling Gallery with Shaft Gate-valve

近年来,竖井闸阀输水廊道已广泛应用于新建大型修造船坞中.结合某竖井闸阀输水廊道的模型试验,运用FLUENT软件对廊道的水力特性进行三维数值模拟,研究廊道中水流的流速、压强、湍流动能和湍流耗散率等参数的分布规律和输水廊道的安全性.通过对消能段湍流参数的分析发现,在进水井中水流形成的漩涡和水流与壁面的撞击是消耗水流动能主因.不同水位条件下廊道内水流压力的数值模拟结果与模型试验结果吻合性较好,进一步验证了数值模拟计算的可靠性和采用数值模拟方法辅助优化输水廊道设计的可行性.     

基于数值模拟的船坞虹吸灌水廊道流量系数计算

港口与航道虹吸灌水廊道广泛应用在近年来新建的修造船坞中,流量系数是评价其性能的重要水力指标。结合某修船坞虹吸灌水廊道水力模型试验,建立了基于数值模拟的流量系数计算模型,求解单廊道和双廊道两种不同体型虹吸灌水廊道的流量系数。将计算得到的灌水流量值与模型试验值对比分析,验证了流量系数数值求解方法的可行性,它可为灌水廊道体型的优化和改进提供重要依据。     

柳江红花二线船闸阀门段廊道压力特性三维数值模拟*

工作阀门是船闸输水系统的咽喉，其性能直接影响船闸的安全高效运行。依托柳江红花二线船闸工程，建立了输水系统整体和阀门段廊道局部三维数学模型，通过对比闸室水位、输水流量及阀门段廊道非恒定压力过程线得出，相比局部三维模型，构建的整体三维模型能较好地模拟阀门后廊道压力变化过程。针对充水过程双边阀门连续开启和单边阀门连续开启进行计算发现，在满足设计输水时间的最不利工况下，阀门后廊道顶部未出现负压现象。计算方法可为船闸阀门水力学数值模拟借鉴参考，模拟成果可对类似工程的安全运行提供技术支撑。     

台阶式溢洪道水力特性的数值模拟

针对于良好消能方式的台阶式溢洪道几何体型采用结构化和非结构化的网格相结合进行处理,利用Realizablek-ε紊流模型和VOF模型相结合的数值方法对台阶式溢洪道的水力特性进行了数值模拟的研究,得到了台阶式溢洪道的水面线、速度和压力分布结果。     

船闸输水水力特性曲线计算

本文根据实测资料分析得到的流量系数与时间关系,导出水力特性曲线计算公式。此计算公式与规范公式结果一致,但计算简便、精确。     

闸墙长廊道输水系统侧支孔均匀布置的水力特性

闸墙长廊道输水系统侧支孔出流不均匀是造成闸室水体流动和闸室水面波浪运动的主要原因。为研究侧支孔均匀布置的水力特性分布规律,通过CFD数值模拟方法分析输水方式、水头差和阀门开启时间对侧支孔出流的影响。结果表明,闸室输水过程中,各支孔流量先增大后减小、支孔流量分配的相对差异也先扩大后减小;闸室灌水时,各支孔流量分配呈由上游至下游逐渐增大然后再稍有减小的趋势,支孔最大流量大致分布在侧支孔出水段的后1/3区域;闸室泄水时,各支孔流量分配从上游至下游逐渐增大;闸室输水时间与水头差和阀门开启时间成正比,闸室灌水比泄水的输水时间稍短。     

船闸短廊道和三角门门缝联合输水的水力计算

结合依托的船闸工程,提出了短廊道和三角门门缝联合输水的水力计算方法,并通过对输水系统的水力计算分析,确定了阀门处廊道断面尺寸,提出了具体的输水系统布置,确定了输水阀门的开启方式。建立了短廊道和三角门门缝联合输水的输水过程数学模型,并采用该数学模型计算了船闸输水水力特性。水力特性计算结果表明,进行输水系统布置时,将短廊道和三角门门缝分开考虑进行计算分析是合适的,各项水力特征值满足设计和规范要求,并且该输水方式可提高船闸运行效率。     

船闸闸墙长廊道侧支孔水力特性

船闸闸墙长廊道侧支孔充水具有不均匀性,影响闸室停泊条件。通过建立CFD数学模型,并经物模验证,研究闸墙长廊道侧支孔充水的水力特性及其对闸室自由水面运动的作用。结果表明,充水初期与后期的支孔流量分配规律相反,充水不均匀造成闸室水面长波运动。     

进水口形式对闸墙长廊道船闸输水系统影响的数值模拟

船闸进水口水流条件关系到输水系统的输水效率、船舶停泊安全,因此进水口的形式布置是船闸水力设计和模型试验的重要内容之一。针对两种常见的进水口布置形式,结合某船闸输水系统的具体条件,采用数值模拟的方法,从输水水力特性、水流流态方面对比分析了这两种进水口布置形式对于输水系统的影响,研究结果表明：对于闸墙长廊道船闸输水系统,相对于进水口外侧导墙拉直,进水口外侧导墙斜拉的工程措施在控制惯性超高和闸室水面最大上升速度、增强进水支孔流量过程稳定性、改善进水口水流流态方面更具优势。研究成果可为船闸输水系统进水口布置提供技术参考。     

船闸短廊道输水进口淹没水深的研究

本文简要回顾了廊道进口淹没水深不足所带来的危害,研究阀门设在帷墙顶部和底部两种型式淹投水深与有关因素的关系,提出了淹没水深与进口平均流速的关系式,可供船闸输水设计参考。     

湖北省螺山船闸输水系统水力试验研究

本试验研究针对螺山船闸原设计方案中的消能措施（消力池、消能工）布置作了局部修改与调整,试验成果较好地满足了“船部规范”中的规定,为修改设计4提供了可靠的科学依据。对船闸设计具有普遍的应用价值。     

绣江复航工程白马枢纽省水船闸三维水力特性数值模拟

建立白马枢纽省水船闸三维紊流数学模型,对船闸充水过程的正常运行工况进行数值模拟,分析水力特性以及船舶系缆力,并与相同水力边界条件下的普通单级方案进行对比分析。结果表明,省水方案较普通单级方案,按下一级阀门提前开启的方式,充水时间有所延长,增幅6.7%;3个流量峰值中,1峰和2峰值降幅分别为30.98%、31.6%,3峰值增幅为15.16%;船舶纵向最大系缆力和横向最大系缆力降幅分别为36.25%、44.18%。船闸的水力特性等各项参数均满足规范及设计要求。     

红水河大化船闸输水系统水力特性原型调试研究

介绍了红水河大化船闸双边灌水及泄水工况下有水调试和实船试验中输水特性的主要成果，表明通过对输水阀门运行方式的优化，可较好解决大化船闸复杂的水力学问题，这些成果为船闸安全通航提供了重要保证。     

西津二线船闸输水系统水力特性原型观测

输水系统是船闸的重要组成部分之一,西津二线船闸是西江航运干线中的重要通航枢纽,为确保西津二线船闸能够安全高效运行,试通航前,通过在闸室、阀门井、检修门井、上（下）闸首人字门前后和上游引航道等部位布置水位计,各输水阀门及人字门有杆腔、无杆腔布设油压传感器,对船闸输水系统水力特性、阀门启闭特性及人字门启闭特性进行综合监测、调试与分析,提出合理的运行方式。结果表明：在推荐的运行方式下,惯性超高（降）基本控制在0.10 m之内,大幅改善人字门及活塞杆受力条件,保障船闸的安全运行和高效通航。     

犍为船闸335 m库水位输水系统水力特性原型调试研究

输水系统是船闸的重要组成部分之一,为避免船闸水力学中模型缩尺效应的影响并保证犍为船闸在335 m库水位的安全运行,对其输水系统水力特性进行原型观测与调试。通过在船闸闸室、各阀门井(检修阀门井)、上(下)闸首人字门前后、上下游引航道等部位布置19个水位计测点,得出输水系统充泄水工况下的水力特性。结果表明：充水阀门以推荐t_v=4 min启闭时,闸室内出现明显的超灌(泄)现象,双边充(泄)水惯性超高(降)分别为0.40、0.10 m,对船闸人字门及过闸船舶安全产生不利影响。通过对闸、阀门运行方式的优化,有效缓解了闸室超灌(泄)现象,双边充(泄)水惯性超高(降)分别降至0.15、0.10 m以下。提出适应335 m库水位的船闸运行方式,为船闸的安全运行和船舶高效通航提供保障。     

船闸单侧闸墙主廊道输水系统岔管水动力特性研究*

船闸单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、开挖量小、工程投资省等优点,在河谷狭窄、边坡陡峭等地形受限地区具有明显的技术优势,但工程应用难点之一在于如何保证廊道内断面流速的均匀性,避免出现严重的偏流、脱流现象。依托嘉陵江草街二线船闸工程,采用通用CFD软件FLUENT,对船闸单侧闸墙主廊道双阀门输水系统布置中的岔管水动力特性进行较为详细的研究,探讨岔管分岔角、墩头曲线形式以及外壁曲线形式对岔管水力特性的影响,提出外壁采用正弦曲线,内壁采用圆弧-直线-圆弧形曲线的单侧输水廊道阀门段岔管布置体形,可为类似工程设计提供参考。     

闸底长廊道输水系统研究

针对闸底长廊道输水系统的廊道、出水孔、消能设施等的布置形式,结合船闸工程建设,开展大量理论分析和物理模型试验研究工作。在总结相关研究成果的基础上,分析闸底长廊道输水系统的输水特性和适用条件,从提高船闸输水效率、改善系泊船舶受力等方面提出消能系统的改进布置形式,并对闸底长廊道输水系统在中水头和高水头船闸工程中的应用给出建议。     

船坞虹吸灌水系统水力特性研究

船坞虹吸灌水与阀门灌水、短廊道灌水相比具有结构简单、防冰防沙、断流迅速等优点。针对山东威海造船厂拟建5万t造船坞工程中虹吸灌水系统进行了物理模型试验。设计方案主要研究了虹吸灌水正常工作所需时间、虹吸驼峰处最大负压、虹吸灌水流量系数及水流流态等。由于原方案的驼峰最大负压超过规范要求,水流流态不稳,采用增大驼峰断面面积和增加整流墩等方法对原方案的体型进行了修改,在此基础上提出了驼峰处负压均符合规范要求、灌水时间合理的优化方案。