水力自控翻板闸门二维数值模拟研究.pdf

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1、水利水电技术第45卷2014年第9期水力自控翻板闸门二维数值模拟研究王月华，徐岗，韩晓维，王自明(浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020)摘要：通过二维数值模拟研究了水力自控翻板闸门门顶门底同时淹没出流时的泄流能力，并结合以往翻板闸门工程水槽试验成果对计算结果进行分析。结果表明，计算结果拟合公式计算值和试验值较接近，可为翻板闸门的设计和运行中流量的估算提供参考。关键词：水力自控翻板门；淹没出流；泄流量；二维数值模拟中图分类号：TV663．8文献标识码：A文章编号：1000．0860(2014)09．0112．04

2、Studyon2--Dnumericalsimulationofhydro-automaticflapgateWANGYuehua，XUGang，HANXiaowei，WANGZiming(ZhejiangInstituteofHydraulicsandEstuary，Hangzhou310020，Zhejiang，China)Abstract：Througha2一Dnumericalsimulation．thedischargecapacityofthehydro．automaticflapgateunderthe

3、OUl2qOWcon．ditionwhenboththetopandthebottomofitaresubmergedisstudiedherein，andthenthecalculationresultisanalyzedinac．cordancewiththeachievementpreviouslyobtainedfromtheflumeexperimentmadefortheflapgateprojectconcerned．Theresultshowsthatthecalculationvaluefromth

4、efittingformulaismoreclosertothatfromtheexperiment．thusCanprovidereferencesforthedesignoftheflapgateandtheestimationofitsdischargeduringoperation．Keywords：hydro—automaticflapgate；submergeddischarge；dischargecapacity；2一Dnumericalsimulation水力自控翻板门是借助水力和重力作用，在一定的水

5、位条件下，随着水位的变化自控控制启闭的一种闸门，在低水头水利工程中应用广泛。但是，水力自控翻板门的水力特性比较复杂，闸门的过流特性仍处在研究阶段，泄流量无精确的理论计算公式，也没有相关的规程规范可供参考。根据多年翻板闸门的研究成果，翻板闸门实际运行时，上下游水位是共同影响着翻板门的开启和闭合。门顶和门底同时淹没出流多数发生在泄洪流量较大、门体水平倾角较小开度较大、上下游水位均较高时，门体阻水作用不明显，对泄流不起主要控制作用。当翻板门自由出流时，可以采用修正后的薄壁堰自由出流公式和闸孔出流公式进行计算；当翻板门淹没出

6、流时，特别是门顶和门底同时淹没出流，其泄流量估算比较困难。因此，通过建立水槽模型，开展了二维数值模拟¨。J，计算了门体特定倾角下门顶门底同时淹没出流时的泄流量，分析拟合出计算公式。结合以往翻板闸门工程水槽试验成果对公式进行分析，可为翻板闸112门的设计和运行中流量的估算提供参考。1模型试验试验是在玻璃水槽中进行的，取单扇翻板闸门(门体宽12in，高5in，厚0．4in)作为对象进行研究，根据试验条件和工程特点，选定模型比尺为1：20。模型门板用有机玻璃和铝板组合制作，模型纵剖面见图1。2计算模型2．1水流控制方程连续

7、性方程和不可压缩粘性流体运动的Navier．Stokes方程作为流体运动的控制方程，具体表达式如下收稿日期：2013—12—09基金项目：浙江省省属科研院所扶持专项计划项目(2012F20030；2012F20005)。作者简介：王月华(1986一)，男，浙江湖州人，助理工程师，硕士。WaterResourcesandHYdmp㈣EngineeringVol45No．9王月华，等∥水力自控翻板I闸C]--维数值模拟研究算区域的相对比例，有丛+当掣：o(5)d‘VFaXi对于某个单元，F=l表示该单元被流体完全充满；F

8、=0表示该单元是个空单元，没有流体；F=1—0表示该单元被流体部分充满。图1翻板闸门纵剖面3模型建立要MiA；=0(1)瓦M一‘2L1’警+专(4吩警)=一石1面OP+Gi+z(2)p啊=Vra。一【毫(^巾】，q=一‰【警+差】式中，M；为平均速度；P为压力；Ai为i向可流动的面积分数；K为可流动的体积分数；Gi为体加速度，即i向的重力加速度