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铜城闸进水流态优化研究

铜城闸进水流态优化研究

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作者：于佳敏扬州大学

学位级别：硕士

水闸是一种沿河流或沟渠而建的低水头水工建筑物,在防洪、通航、灌溉、排涝中发挥着重要作用。弯道岔河作为自然河道和人造河道的重要组成部分,其水动力特性十分复杂,不仅对河道内流场稳定性产生影响,而且易于造成周围建筑物的安全隐患... 详细信息

水闸是一种沿河流或沟渠而建的低水头水工建筑物,在防洪、通航、灌溉、排涝中发挥着重要作用。弯道岔河作为自然河道和人造河道的重要组成部分,其水动力特性十分复杂,不仅对河道内流场稳定性产生影响,而且易于造成周围建筑物的安全隐患。因此,对弯道岔河中水闸的水力特性进行研究,在理论上和实践上都有一定的指导意义。铜城闸的上游连接段位于三岔河口处,闸宽100m,是有11个闸孔的大Ⅱ型水闸。本文以铜城闸工程为研究对象,运用NX11.0建模软件和Fluent计算软件对铜城闸闸前进水流态进行数值模拟。数值模拟计算结果表明:当上游处于分流工况时,因为分流和拖拽作用,导致闸前进流出现大角度偏流,大量水流壅积在闸的右侧且闸前有大范围的低速区,使得闸前水流紊乱,同时分流冲刷三汊河凹岸,在凸岸出现螺旋状环流,对整个工程的安全性和稳定性造成很大问题。当上游处于汇流工况时,进流比较平顺,流态较理想。为改善分流工况时闸前不良流态,在原方案的基础上通过改变翼墙布置形式、在闸前设置优化措施、在弯道岔流处设置优化措施这三种方法来改善闸前水流流态。通过对比研究分析发现:第一,适当改变水闸右侧翼墙的布置形式,可以减小因闸前偏流而带来的闸右侧水流进流死角和进闸流速矢量与闸墩方向之间的夹角过大的影响;第二,在闸前设置底坎可以提高闸孔进口断面的流速均匀度,整体优化效果和改变翼墙布置形式相差不大;第三,在弯道处设置抛石,此方案不仅可以减小分流的拖拽作用并减弱闸前大角度偏流;同时还可以减小因为分流而产生的螺旋状环流,减轻三汊河凹岸的冲刷现象,从而保护整体工程。通过综合评价指标,发现在弯道处设置长70m、宽1.5m、高度2.0m、与翼墙外延交接线的角度为100°的抛石时,相较其他方案,此方案整流效果最佳,可以为水闸提供良好的进水流态。在数值模拟计算的基础上,运用比尺1:60的整体正态水工模型,通过铜城闸进水流态的物理模型试验,并结合数值模拟的典型方案,得出了进水流态的实测数据与数值模拟结果比较一致的结论,同时物理模型试验也表明在弯道处设置抛石可以有效地改善闸前进水流态。本文的研究成果可以为铜城闸工程提供一定的建议和改善措施,同时为铜城闸提供良好的进水条件,从而改善闸前紊乱的流态,保障闸的安全,提高整个工程的运行安全性和稳定性,具有推广运用价值。

关键词：铜城闸弯道岔河进水流态数值模拟模型试验

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