弧形闸门抗磨蚀底缘研究

高含沙河流上具有局部开启运用要求的泄洪排沙孔洞弧形工作闸门底缘极易发生磨蚀破坏,传统修复方法时间长,且修复质量难以保证,影响工程防洪安全运用。通过对磨蚀破坏机理、弧形闸门结构及抗磨蚀材料分析比选,提出由抗磨板和承载构件组合而成的装配式抗磨蚀弧形闸门底缘结构设计方案,该结构不降低弧形闸门的整体强度和刚度,能显著增强弧形闸门底缘的抗磨蚀性能,能明显提升磨蚀底缘的修复效率和修复质量,既适用于新建弧形闸门,又适用于已服役弧形闸门底缘的改造。经小浪底水利枢纽工程4年的实际运用,效果良好。

基于改造底缘的水电站事故平板闸门启闭力优化试验研究

通过加拿大Mica水电站进水口事故闸门水工模型试验,研究论证了该电站加大流量情况下事故闸门的闭门持住力特性。针对闸门启闭机设计容量不足的问题,给出了5种闸门底缘改造方案,分析比较了不同方案对降低闸门持住力的效果,提出了可行的工程方案措施,为闸门的设计及安全运行提供了参考依据。

基于希尔伯特—黄变换的过闸水流脉动压力时频特性分析

平面闸门通过启闭控制蓄水和泄水,在运作时容易受水流脉动压力作用而发生破坏。为研究闸门启闭运动与过闸水流的相互作用过程,首先对不同底缘形式下的闸门启闭过程中过闸水流进行三维数值模拟,再采用希尔伯特—黄变换对过闸水流脉动压力信号进行时频特性分析,得到信号的时间—频率—幅值信息,对比分析发现在前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘,在闸门底部受脉动压力作用较平缓,测点能量幅值的变化差值最小,水流流态较为稳定。该研究可为平面闸门过闸水流脉动压力分析提供参考。

上下游有压过闸水流数值模拟

采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法,选用Dynamic Smagorinsky亚格子应力模型,对上下游有压过闸水流进行了数值模拟。系统地模拟出了不同的闸门底缘结构对过闸水流的压力分布、流线图、压力时程变化以及压力功率谱的影响。结果表明:三组有倾角的闸门底缘的低压区向下游移动到底缘下游倾角附近,只有第一组平底闸门底部正下方存在明显的负压区,而其他三组由于存在一定的倾角,对过闸水流有一定的引流作用;四组闸门一开始都会存在三个漩涡,随着时间推移,漩涡向上游运动,第一组闸门由于闸门底缘没有角度,最后稳定的时候在回流区存在两个漩涡,而其他三组闸门带有前后倾角,最后三个漩涡合成一个大漩涡,因此回流区中只存在一个漩涡。此结论为研究不同闸门底缘对水流漩涡的影响提供依据。