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超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究

陈明 陈沿吉 苗健康 黄海津

陈明,陈沿吉,苗健康,等. 超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210805008
引用本文: 陈明,陈沿吉,苗健康,等. 超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究[J]. 水利水运工程学报,2022. doi:  10.12170/20210805008
(CHEN Ming, CHEN Yanji, MIAO Jiankang, et al. Energy dissipation characteristics of the open ditch located in a large-scale ship lock chamber with an extreme high water head[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210805008
Citation: (CHEN Ming, CHEN Yanji, MIAO Jiankang, et al. Energy dissipation characteristics of the open ditch located in a large-scale ship lock chamber with an extreme high water head[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(in Chinese)) doi:  10.12170/20210805008

超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究

doi: 10.12170/20210805008
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0402001);重庆市自然科学基金资助项目(cstc2019jcyj-msxmX0759)
详细信息
    作者简介:

    陈 明(1983—),男,江西九江人,教授,博士,主要从事通航水力学研究。E-mail:chenmingjy@126.com

    通讯作者:

    陈沿吉(E-mail:1285638137@qq.com

  • 中图分类号: U641

Energy dissipation characteristics of the open ditch located in a large-scale ship lock chamber with an extreme high water head

  • 摘要: 为研究超高水头、大尺度船闸闸底廊道侧支孔输水系统闸室明沟消能特性,以单级水头60 m、有效尺度为280 m×40 m(长×宽)的闸室为研究对象,采用三维紊流数值模拟方法,针对流速、紊动能、剩余比能及流速分布均匀度等参数进行分析,阐明了双层侧支孔单明沟和单层侧支孔双明沟的消能特性,并对比了两种明沟消能工的消能效果。结果表明:对于双层侧支孔单明沟布置型式,垂向间距d与支孔面积平方根D之比由d/D=2.29增加至5.71的过程中,消能效果先变优后变差,当d/D=3.43时可达到较佳的消能效果;双明沟型式考虑合理的宽度(单个明沟宽度b与支孔面积平方根D之比b/D=2.71)后,相比双层侧支孔单明沟型式,消能效果更佳。研究结果可为类似船闸的消能工设计提供技术支撑。
  • 图  1  双层侧支孔单明沟型式(单位:cm)

    Figure  1.  Single open ditch with double-layer side ports (unit: cm)

    图  2  双明沟型式(单位:cm)

    Figure  2.  Double open ditches (unit: cm)

    图  3  模型边界条件

    Figure  3.  Boundary conditions

    图  4  流量过程线

    Figure  4.  Time-history of the flow rate

    图  5  断面测点流速

    Figure  5.  Velocity profiles of typical section points

    图  6  断面流速分布

    Figure  6.  Velocity profiles on typical sections

    图  7  闸室水平剖面等值线(双层侧支孔单明沟)

    Figure  7.  Velocity contours of the typical horizontal sections of the lock chamber (single open ditch with double-layer side ports)

    图  8  闸室纵剖面流线(双层侧支孔单明沟)

    Figure  8.  Stream lines of the typical longitudinal section of the lock chamber (single open ditch with double-layer side ports)

    图  9  横剖面紊动能分布(双层侧支孔单明沟)

    Figure  9.  Turbulent energy distribution on the cross sections within the lock chamber (single open ditch with double-layer side ports)

    图  10  闸室水平剖面等值线(双明沟)

    Figure  10.  Velocity contours of the typical horizontal sections of the lock chamber (double open ditches)

    图  11  横剖面紊动能分布(双明沟)

    Figure  11.  Turbulent energy distribution on the cross sections within the lock chamber (double open ditches)

    表  1  计算工况组合

    Table  1.   Combination of calculation conditions

    工况垂向支孔间距/m明沟宽度/m支孔高度/m备注
    SC1 2 4.000 2×0.85 双层侧支孔单明沟
    SC2 3 4.000 2×0.85 双层侧支孔单明沟
    SC3 4 4.000 2×0.85 双层侧支孔单明沟
    SC4 5 4.000 2×0.85 双层侧支孔单明沟
    SMG1 \ 2×1.750 1.70 双明沟
    SMG2 \ 2×1.750 1.70 双明沟+消能槛
    SMG3 \ 2×2.375 1.70 双明沟+明沟加宽
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    表  2  双层侧支孔单明沟型式闸室剩余比能和流速分布均匀度对比

    时刻剩余比能/( w/m2)流速分布均匀度
    d/D=2.29d/D=3.43d/D=4.57d/D=5.71d/D=2.29d/D=3.43d/D=4.57d/D=5.71
    t=100 s 0.30 0.26 0.34 0.39 22.19 19.64 21.42 21.72
    t=410 s 17.83 11.33 17.63 21.31 23.09 15.10 25.14 34.47
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    表  3  双明沟型式闸室剩余比能和流速分布均匀度对比

    时刻剩余比能/(w/m2) 流速分布均匀度
    d/D=2.00
    (双明沟)
    d/D=2.00
    (消能槛双明沟)
    d/D=2.71
    (双明沟加宽)
    d/D=2.00
    (双明沟)
    d/D=2.00
    (消能槛双明沟)
    d/D=2.71
    (双明沟加宽)
    t=100 s 0.18 0.19 0.07 10.18 11.82 5.88
    t=410 s 11.81 19.19 6.04 19.22 26.00 15.55
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-05
  • 网络出版日期:  2022-09-02

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