【摘 要】
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随着国家经济发展及“一带一路”政策的大力推行,水运呈跨越式增长,船闸也向着超高水头、大尺度并进。然而,当水头和尺度增加至一定值后,船闸输水过程中单位时间内进出闸室的水体能量（即输水功率）成倍增加,如何在闸室有限水深范围内和规定的输水时间内快速消杀能量,是该类船闸输水系统设计的技术瓶颈之一。目前国内外针对该问题的研究成果较少,鉴于此,本文选取单级水头60m、闸室尺度280×40m和输水时间14min
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随着国家经济发展及“一带一路”政策的大力推行,水运呈跨越式增长,船闸也向着超高水头、大尺度并进。然而,当水头和尺度增加至一定值后,船闸输水过程中单位时间内进出闸室的水体能量（即输水功率）成倍增加,如何在闸室有限水深范围内和规定的输水时间内快速消杀能量,是该类船闸输水系统设计的技术瓶颈之一。目前国内外针对该问题的研究成果较少,鉴于此,本文选取单级水头60m、闸室尺度280×40m和输水时间14min作为计算条件,采用CFD商业计算软件FLUENT,基于RNG k-ε紊流模型,并结合VOF法捕捉闸室自由水面,开展60m巨型船闸闸室消能特性数值模拟研究。主要的研究工作和成果如下:（1）通过建立与已有单明沟物理模型、双明沟物理模型试验尺寸一致的数学模型,对比了数模计算结果与物模实测结果,结果表明对比成果良好,从而验证了数学模型的可靠性和正确性;（2）研究了单层侧支孔单明沟、双层侧支孔单明沟及双明沟等布置型式下的消能特性,并对比了消能效果,结果表明双明沟加宽型式（单个明沟宽2.375m）消能效果最佳,双层侧支孔单明沟型式次之,无消能槛单层侧支孔单明沟型式最差。同时针对双层侧支孔单明沟布置型式,分析了垂向支孔间距对消能效果的影响规律,结果表明垂向间距由2m增加至5m过程中,消能效果先变优后变差,3m时达到最优消能效果;（3）针对盖板+压力消能室布置型式,分析了盖板出流高度对消能效果的影响规律,出流高度由0.3m增加至0.6m过程中,闸室水流流态越趋均匀,且当盖板出流口高度达到0.5m后,消能效果得到显著提高。同时研究并对比了盖板+压力消能室和普通盖板布置型式在相同出流口高度（0.5m）下的消能效果,结果表明盖板+压力消能室型式的消能效果明显优于普通盖板型式;（4）综合比较了单层侧支孔单明沟、双层侧支孔单明沟、双明沟以及盖板+压力消能室布置型式下的消能效果,结果表明双明沟加宽型式（单个明沟宽2.375m）与盖板+压力消能室型式（出流口高度0.6m）的消能效果相对较优;（5）基于消能效果对比成果,着重分析了双层侧支孔单明沟、双明沟加宽以及盖板+压力消能室布置型式的消能机理。其中,双明沟加宽布置型式的消能机理无特别之处。双层侧支孔单明沟方案消能机理为:（1）侧支孔突扩生成漩涡消能;（2）支孔射流与明沟边壁碰撞形成漩涡耗散能量;（3）上下支孔水体扩散后挤压掺混消能;（4）水体上升过程中相互掺混消能。盖板+压力消能室方案消能机理为:（1）侧支孔突扩生成漩涡消能;（2）支孔射流冲击压力消能室边壁后在压力消能室内掺混消能;（3）顶支孔突缩突扩生成漩涡消能;（4）顶支孔高速射流与盖板碰撞后在盖板空腔内掺混消能;（5）盖板出流水体与闸室水体掺混消能后流入闸室。
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