水闸水力特性三维数值模拟研究及结构优化

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目前,物理模型试验与数值模拟计算的结合日益紧密,共同为工程建设发挥着重要作用。本文以巢湖东大圩进洪闸为研究对象,采用Fluent软件和物理模型试验对该闸进行了相关数值计算和试验研究。采用CAD及GAMBIT软件建立水闸整体模型及断面模型并导入Fluent,采用非结构化网格和隐式算法,以标准的k-ε紊流模型封闭Reynolds方程,采用VOF法追踪自由水面,对东大圩进洪闸进行了三维数值模拟计算。数值模拟计算主要分三个方面内容:首先是计算水闸最不利工况下的泄流能力以及6种工况下的闸门开度与泄流量关系;然后模拟水闸泄流,分析比较各种布置方案下的闸下游水流流态,对消能工进行修改优化;最后模拟不同的闸门开启方式,通过观察闸下流态确定水闸在运行管理中的最佳开启、关闭方式。同时为验证数值模拟计算的可行性,在满足重力相似的准则下采用正态模型进行物理模型试验。对比分析数值计算与模型试验结果,得出结论:1、水闸在最不利工况下泄流能力满足设计要求;2、对五种结构布置方案进行了计算与试验,对比分析得出修改方案四消能效果最好,选为优化布置方案;3、闸门最佳开启顺序为1#、6#孔→3#、4#孔→2#、5#孔,关闭顺序与之相反。4、数值计算与物理模型试验结果吻合良好,说明数值模拟计算在研究泄水建筑物问题上是可行的。
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