上下游有压条件下平面闸门流激振动数值模拟

发布时间：2020-08-31 11:43

　　平面钢闸门作为水工建筑物的重要组成部分,广泛应用于各种水利工程。近些年来,高水头、大流量电站不断兴建,对平面钢闸门运行的安全性和可靠性也提出了更高的要求。平面钢闸门的振动问题会直接影响其安全运行,极端情况下会导致平面钢闸门破坏,造成严重的安全事故。平面钢闸门振动的内因是其自振特性,外因则是过闸水流引起的脉动压力和负压的存在。作为直接过流面,流道中平面钢闸门底部的流速最大,其底部结构型式也会对过闸水流流态产生比较大的影响。本文以上、下游有压条件下的平面钢闸门为主要研究对象,参照国家标准规范条款,分别设置了四组闸门底缘结构型式。首先利用Fluent进行二维流场数值模拟,然后利用Ansys Workbench平台,进行三维单向流固耦合数值模拟。本文的主要内容和结论如下:(1)利用ICEM建立二维平面闸门过流模型并进行前处理,基于Fluent对四组闸门进行二维流场数值模拟,计算得到流场的速度矢量、脉动压力等参数,初步分析了具有不同底缘型式的闸门对过闸水流特性的影响。(2)基于Ansys Workbench平台,建立四组具有不同的底缘型式的闸门,分别设置两种运行工况,进行三维单向流固耦合数值模拟。流场部分验证二维流场模拟的部分结果,结构分析部分通过对四组闸门在两种工况下的数值计算,对闸门结构的各个方向的变形量、应力分布和各平面剪应力的统计与分析。(3)通过上述二维流场分析和三维单向流固耦合数值模拟,对比分析了不同闸门底缘结构型式对过闸水流的影响;通过设定相同的运行工况,对比了不同闸门底缘结构的变形情况与应力分布情况,结合强度理论,对具有不同底缘结构的闸门进行了分析;通过设置不同的运行工况,得出了入口速度增大时,闸门的变形和应力的变化规律。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV663
【部分图文】：

闸门,结构型式,平面钢闸门

埋设部分通常在一期混凝土浇筑时进行预埋进行二期混凝土的浇筑钢闸门的设计：在收集和分析相关资料的基础上要求和经济效益，确定，必要时可以进行数值模拟或模型试验，如采用双主梁还是多主梁构布置确定后，需要进行结构计算钢闸门底缘结构作为平面钢闸门的水力条件过流条件差，过闸水流容易启闭力增大和平面钢闸门缘结构型式在平面钢闸门程实践中，平面钢闸门缘和仅有前倾角底缘埋设部分通常在一期混凝土浇筑时进行预埋，在平面钢闸进行二期混凝土的浇筑，确保平面钢闸门的基础牢固。在收集和分析相关资料的基础上，结合枢纽布置情确定平面钢闸门和启闭机的型式。对于大中型水必要时可以进行数值模拟或模型试验。对于平面钢闸门而言如采用双主梁还是多主梁、滑道还是滚轮、止水型式、埋件布置需要进行结构计算，制定安装工艺方案等[2]。底缘结构作为平面钢闸门设计过程中的一项基础性工作的水力条件。平面钢闸门底缘结构设计不合理会直接导过闸水流容易出现负压、脱流和空蚀破坏等情况平面钢闸门振动，威胁平面钢闸门运行的安全与平面钢闸门结构设计时需要结合工程实际选择。平面钢闸门底缘的型式有：平底式底缘、仅有后倾角底4 种型式[3]。详见图 1.1。平面钢闸结合枢纽布置情对于大中型水而言，要埋件布置工作，其底缘结构设计不合理会直接导等情况，进运行的安全与可靠。仅有后倾角底

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3.1 第二组闸门底缘结构横截面示意划分立二维几何模型，并进行流体域网分，对于四边形网格，本文采行评价，网格质量均大于 0.95，能后，需要进行网格编辑，对闸门一组二维模型示意图。图 3.2 平面钢闸门二维模型示意图析

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图 3.1 第二组闸门底缘结构横截面示意图建立模型与网格划分 ICEM 平台分别建立二维几何模型，并进行流体域网格划分等前处理用四边形网格划分，对于四边形网格，本文采用网格质量采用minant 2*2*2）进行评价，网格质量均大于 0.95，能够满足计算要求精度，在网格生成后，需要进行网格编辑，对闸门底部的网格参数进图 3.2 为所建立的第一组二维模型示意图。

【参考文献】