杨忠超,杨 斌,陈明栋,胡雪梅

(重庆交通大学内河航道整治技术交通行业重点实验室,重庆 400074)

由近年国内、外船闸建设状况可知,越来越大的船闸规模及越来越高的水头是现代船闸的发展趋势。船闸输水阀门每天频繁操作,工作条件复杂,在非恒定高速水流作用下,极易在阀门段、分流口等部位形成空化,严重时可能导致阀门及输水廊道空蚀破坏,威胁建筑物及通航安全,因此,输水系统阀门段的空化问题是高水头船闸设计的关键技术难题[1-4]。乌江银盘枢纽船闸设计最高通航水头达36.46m,为目前国内已建和在建船闸中最高的水头,是世界排名第3的单级船闸。在物理模拟试验和数值计算中,阀门段空腔内均出现负压,尤其在升坎反弧处水流脱离边壁,负压尤为明显。并且,该处负压接近廊道边壁,容易对建筑物造成空蚀破坏。

采用数值模拟手段研究阀门廊道中的流场特性具有优化体型方便、节约财力、节省时间、不存在比尺效应等优点,是物理模型试验研究的有力补充手段。王玲玲等[5]、戴会超等[6]、马峥等[7]采用 k-ε双方程模型对三峡船闸充水系统阀门段进行二维数值模拟;王智娟等[8]采用三维数学模型在阀门开度n=0.4时对银盘船闸阀门段体型进行优化。这些研究成果加深了对阀门水力学的理解,为高水头船闸阀门设计提供了科学依据。

在整体埋深及廊道尺寸受限的情况下,通过局部体型修改来优化其压力条件是解决空化空蚀问题的有效途径。……