船闸闸墙长廊道侧支孔水动力研究

闸墙长廊道侧支孔输水系统广泛应用于中水头船闸,研究支孔出流特性对改善闸室水流条件具有重要意义。建立了船闸闸墙长廊道侧支孔整体输水系统三维紊流数学模型,采用动网格技术及用户自定义二次开发(UDF)模拟平面输水阀门开启过程,利用物模实测的闸室水位、输水流量验证数学模型,分析船闸灌水过程中侧支孔流态、流速及流量分配随输水时间的动态变化规律。研究表明:侧支孔的流速、流量、射流长度随输水时间呈先增大后减小的趋势,上下游支孔间的流速差异呈现先减小后增大的趋势。     

高水头大尺度船闸闸室消能明沟三维水力特性数值模拟

针对我国某高水头大尺度船闸闸底纵支廊道明沟消能二区段出水输水系统,采用RNG k-ε紊流模型,结合闸室自由水面处理技术的VOF法,建立三维紊流数学模型,对船闸灌水过程的正常运行工况进行了水力特性数值模拟,分析闸室三维流场流速分布、侧支孔流量分布规律以及明沟消能机理。研究成果可为类似高水头船闸输水系统消能工布置提供技术参考。     

中水头船闸输水系统优化试验研究

以某船闸改建工程为背景,通过建立1:30船闸输水系统整体物理模型,研究中水头闸底长廊道侧支孔船闸输水系统优化布置方案。模型试验表明,设计方案下的船闸输水系统存在输水效率低、闸室横向水流分布不均及进水口出现串状吸气旋涡三方面影响船闸输水系统安全、高效运行的问题。综合研究船闸整体及输水系统布置形式,并结合试验各项水力特性指标,提出通过增大输水廊道尺度、沟通闸室两侧主廊道及消除上游引航道与进水口之间的高程突变的优化措施,有效提高了船闸的输水效率、改善了船闸进水口及闸室内水流条件。经过优化后的船闸输水系统可以满足规范、设计要求,各输水水力特性指标均达到预期的设计目标和要求。     

麻石船闸输水系统改造

麻石船闸在灌水过程中,输水廊道的阀门井处大量气气。空气经廊道进入闸室,在闸室中形成大气泡,威胁过闸船舶安全。通过对输水廊道掺气水流运动的模拟。找到了掺气的原因,提出合理排气的工程改造方宁,工程竣工后使用效果较好。     

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。     

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。     

红岩子船闸输水系统优化设计

船闸侧墙廊道闸室明沟消能工布置及消能效果的优劣,直接影响闸室内船舶所受系缆力大小及停泊安全。依托红岩子船闸输水系统水工模型试验研究,探讨筛孔式消能工及通过增加顶盖板优化设计的方案在中高水头分散式输水船闸中的应用效果,通过测定闸室充、泄水水力特性,输水廊道压力及船舶停泊条件等各项指标,发现优化设计方案在船舶停泊条件方面具备更优的性能,同时提出船闸阀门开启方式的运行方案。     

碾盘山船闸输水系统设计与试验研究

碾盘山船闸等级为Ⅲ级,最大设计水头14.2 m,属于中水头大型船闸,根据类似工程相关经验,船闸采用闸墙长廊道侧支孔分散输水系统,推荐阀门开启时间为6 min,输水系统以及阀门开启时间选用是否合理直接影响水流及船舶停泊条件。通过水力特性计算并结合1:15物理模型,对输水系统水力特性、廊道压力、闸室停泊条件进行分析。结果表明,碾盘山船闸采用闸墙长廊道侧支孔输水系统是合理的,设计的阀门开启时间下各项输水水力特征指标均能满足设计和规范要求。     

游艇港池船闸输水系统方案优化

游艇船闸对闸室内泊稳条件的要求比传统船闸更高,以保障闸室内游艇停泊的安全,故输水系统的设计对游艇船闸来说至关重要。以汇山地块滨江公共环境建设项目游艇船闸设计为依托,针对游艇船闸输水系统对闸室内泊稳条件影响的问题,建立三维非恒定流数值模型,从输水时间、顶支孔流量分布及流场特性等方面进行多种方案的计算和对比分析,得出最优的输水系统设计方案,较大地改善了闸室底部顶支孔的流量分布特性和闸室流态,使灌水过程中无明显的横比降和纵比降,为游艇船闸输水系统的设计提供了理论支撑。     

船闸闸室横支廊道布置及水流特性研究

船闸闸墙长廊道闸室中部横支廊道输水系统可以较好地适应中高水头、闸室尺度大及闸室长宽比小等船闸特点,但如何使闸室纵、横向水流分布均匀一直是此类型输水系统需要解决的关键技术难题。本文针对闸室中部横支廊道群及单根横支廊道,分别建立了两座不同比尺的局部物理模型,重点从横支廊道进口布置、首末端断面面积比、侧支孔尺寸特征、消能方式等方面,研究了横支廊道布置及水流分布特性,提出了相关布置要点及一般布置原则,并通过整体模型船舶系缆力试验验证了闸室停泊条件。结果表明,提出的闸室中部横支廊道布置是合适的,充水时闸室纵横向水流分布基本均匀,船舶系缆力满足规范要求。     

中水头巨型船闸闸墙长廊道侧支孔输水系统水动力学研究*

闸墙长廊道侧支孔输水系统,因其相对于集中输水系统更优的水流条件以及相对其他分散输水系统更简单的结构和更低的建设维护成本,而广泛应用于中水头大型船闸中。近年来,湘江航运干线设计和建设了４座中水头巨型船闸,该输水系统能否满足巨型船闸高输水能量下的船闸自身与过闸船舶安全要求需要加以研究论证。本文以大源渡二线船闸为例,通过1:30物理模型试验,对其闸室船舶停泊条件、输水水力特性及引航道水流条件进行研究。结果表明：在推荐的消能布置和阀门开启方式下,各项指标均能满足规范和设计要求。     

飞来峡二、三线船闸闸底长廊道输水系统模型试验

飞来峡水利枢纽位于北江中游,新建的二、三线船闸并列布置有效尺度为220 m×34 m×4.5 m(长×宽×门槛水深),船闸最大设计水头14.44 m,采用闸底长廊道侧支孔输水系统双明沟消能布置形式。通过1∶30的物理模型,对船闸输水系统的布置形式及水力学特性进行试验研究。结果表明:闸室输水时间、水力学指标、闸室停泊条件、进出口布置形式均能满足规范要求,优化后的闸室停泊条件较好。     

闸墙长廊道侧支孔船闸阀门运行方式优化试验研究

船闸阀门开启时间对闸室通航效率、输水廊道压力和闸室停泊条件等产生影响,针对阀门运行方式优化问题,采用物理模型试验对船闸进水口水位、阀门段输水廊道压力特性、闸室和下引航道内船舶系缆力等水力特性进行分析,结果表明：闸室和下引航道内前横、后横和纵向3个方向的船舶系缆力均随阀门开启时间增大而减小,且纵向船舶系缆力大于横向船舶系缆力。随着阀门开启时间增加,充水时阀门段输水廊道压力先减小后增大,泄水时则逐渐增大。综合考虑当阀门开启时间为6 min时船闸整体运行效果较好,该成果可为实际船闸运行提供技术支撑。     

桂平二线船闸输水系统与闸室墙结构方案研究

桂平航运枢纽二线船闸设计水头为10.5m,输水系统类型为侧墙长廊道短支孔分散输水系统。船闸区上覆地层为第四系冲积的粘土,闸首闸室基础均置于石灰岩地基上,岩石完整性相对较好,因此具备采用衡重式或混合衬砌式闸室墙结构的条件。经充分比较,采用闸底长廊道输水系统、混合衬砌式闸室墙结构的方案,船闸充、泄水时间均可控制在10min以内,闸室内泊稳条件良好,达到了优化方案节省开挖量和混凝土工程量的目的。     

布置输水廊道的船闸闸室底板受力分析及有限元计算

布置输水廊道和消能设施的船闸闸室底板结构具有明显的三维特性。按《船闸水工建筑物设计规范》中的弹性地基上的框架或均布地基反力的框架进行受力计算时,难以确定底板框架的刚度,且无法模拟底板的三维受力特性。通过分析某船闸布置廊道的闸室底板受力情况,采用有限元计算软件建立其三维有限元模型,计算分析闸室底板的内力和变位。     

泗阳三线船闸输水系统的设计

在中低水头船闸采用局部分散输水系统,既具有结构工程量比分散输水形式少的优点,又具备分散输水系统水流条件好、确保船舶在闸室内的泊稳条件、拜优于其他集中输水系统指标的一些特点,能降低工程造价.在不延长输水时间的情况下,可以有效地减少船闸灌水时闸室内产生较大的波浪力,从而使闸室不设镇静段、提高船闸通过能力,具有较好的经济效益和社会效益.局部分散输水系统对船闸输水系统设计方案提出了新的形式.可为<船闸输水系统设计规范>的修订完善作出补充,为类似工程设计参考.     

船闸闸底长廊道侧支孔输水系统研究进展*

闸底长廊道侧支孔输水系统属于一种典型的船闸分散输水系统,在中、高水头船闸工程中应用广泛。在其设计和建设过程中,支孔布置形式、明沟消能设施、闸室船舶系缆力以及阀门空蚀空化等是必须考虑的关键水动力学问题,直接影响输水系统的工作效率和闸室停泊条件。发展至今,已取得了一些研究成果,但同时还存在许多技术难题。本文基于国内外大量研究资料,从上述方面对闸底长廊道侧支孔输水系统进行系统阐述与分析,并提出下一阶段需要研究的重点问题,以期为后续研究提供参考。     

西江航运干线桂平二线船闸闸底长廊道输水系统水力学模型实验研究

在进行西江航运干线桂平二线船闸闸底长廊道输水系统布置和水力分析的基础上,建立了1:30输水系统整体物理模型,重点研究了34 m宽闸室单根主廊道的闸室水流条件和船舶系缆力.实验研究表明:输水水力特性满足相关规范要求,且设计值与模型实验值吻合较好,经过调整后的闸室出水布置可以满足闸室停泊条件要求,实验达到了预期的目标.     

柳江红花二线船闸输水系统布置与水力学模型试验研究

红花二线船闸是广西西江黄金水道首批重点建设项目,是提升柳江及西江通航能力、实现西江亿吨黄金水道的重要工程,其闸室规模与三峡船闸一致、工作水头近20 m、输水能量巨大。结合工程特点,选择了闸底长廊道侧支孔输水系统,设计了输水系统具体布置,并提出采用汇合廊道改善单边阀门运行输水流态的措施。通过比尺为1∶30的物理模型试验,对不同阀门运行工况下输水系统水力特性、闸室船舶停泊条件、进出水口水流条件等开展研究,推荐了使水力指标满足规范和设计要求的阀门开启方式。     

嘉陵江沙溪船闸输水系统布置研究

根据《船闸输水系统设计规范》的规定和嘉陵江沙溪船闸的特点,确定输水系统型式采用闸墙长廊道侧支孔输水系统。通过分析船闸闸墙长廊道侧支孔输水系统的特点及其发展概况,总结了国内部分采用闸墙长廊道侧支孔输水系统的船闸特征尺寸,采用水力计算及对比分析的方法,确定了阀门处廊道断面尺寸,提出了具体的输水系统布置,确定了流量系数及输水阀门开启方式。采用船闸输水过程数学模型计算了闸室输水水力特性。研究成果表明,输水系统布置是合理的,提出的输水系统布置及各部位尺寸适合沙溪船闸的具体条件,各输水水力特征值满足规范和设计要求,能够达到预期的设计目标。这种闸墙长廊道侧支孔输水布置是一种适用于具有重力式闸墙结构的中水头船闸性能较优的输水系统型式。