泄洪洞水擊數(shù)值模擬研究.pdf

1、泄洪洞作為水利樞紐的主要泄水建筑物，保障樞紐安全運行。工作閘門位于泄洪洞末端，閘門的安全運行是泄洪洞發(fā)揮泄洪作用的必要條件，閘門運行過程中產(chǎn)生的水擊可能引起閘門結(jié)構(gòu)振動破壞。采用已發(fā)展成熟的特征線法進行泄洪洞水擊的數(shù)值模擬，研究成果可為工作閘門的設(shè)計和閘門運行方案的制定提供參考。
　　高水頭、大流量泄洪洞的特點是水流流速高，應(yīng)考慮流速對水擊壓強的影響。
　　本文主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果:
　　(1)當(dāng)工作閘門勻速啟閉時，

2、盡管閘門啟閉速度較小，但其運行過程中仍然伴隨有水擊現(xiàn)象的產(chǎn)生，水擊壓強周期性變化，往復(fù)作用于閘門上，可使閘門產(chǎn)生振動和噪音，甚至發(fā)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致閘門結(jié)構(gòu)破壞。水擊問題對泄洪洞的安全運行很重要，應(yīng)當(dāng)對其進行深入研究。
　　(2)保持恒定流時工作閘門前水流壓強不變且閘門啟閉時間一定，數(shù)值模擬L=100m、L=300m、L=600m和L=900m四種洞長情況下的水擊壓強，分析對比計算結(jié)果可得出如下結(jié)論:工作閘門勻速啟閉時，泄洪洞不同洞

3、長情況下均有水擊現(xiàn)象產(chǎn)生。泄洪洞洞長越大，水擊壓強振幅越大、振蕩時間越長，水擊作用于閘門上的瞬時荷載越大且作用時間越長，越容易引起閘門結(jié)構(gòu)共振。在設(shè)計閘門結(jié)構(gòu)和制定閘門啟閉方案時，需考慮泄洪洞洞長對水擊壓強特性的影響，尤其當(dāng)泄洪洞較長時，應(yīng)盡量避免因水擊作用時間過長、水擊壓強振幅過大而引起閘門結(jié)構(gòu)破壞，影響泄洪洞以及整個水力樞紐的安全運行。
　　(3)通過水工模型試驗測出陜西省三河口水利樞紐泄洪底孔工作閘門上典型測點的脈動壓力，再

4、運用特征線法數(shù)值計算三河口泄洪底孔水擊壓強，最后將水擊壓強特性和脈動壓強特性進行對比分析，結(jié)果表明:水擊壓強振蕩頻率大于脈動壓強脈動頻率，水擊壓強振幅大于脈動壓強振幅，即水擊壓強振蕩強度大于脈動壓強脈動強度。當(dāng)水擊壓強振蕩頻率和工作閘門自振頻率接近時，由于水擊壓強作用于閘門上的瞬時荷載大于脈動壓強作用于閘門上的瞬時荷載，所以水擊壓強比脈動壓強更容易引起閘門結(jié)構(gòu)振動。當(dāng)設(shè)計三河口泄洪底孔工作閘門時，應(yīng)當(dāng)著重考慮水擊壓強對閘門結(jié)構(gòu)的影響，而

5、非脈動壓強，并且閘門自振頻率應(yīng)當(dāng)盡量避開水擊壓強振蕩頻率(5.39Hz)，防止因閘門自振頻率和水擊壓強振蕩頻率耦合而發(fā)生閘門結(jié)構(gòu)共振破壞，為泄洪洞的安全泄洪提供保障。
　　(4)在茨哈峽水電站泄洪洞工作閘門開啟和關(guān)閉兩種閘門運行工況下，對泄洪洞水擊進行數(shù)值計算，并保持工作閘門啟閉時間不變，改變閘門啟閉方式，數(shù)值模擬泄洪洞工作閘門不同啟閉方式下的水擊壓強，分析模擬結(jié)果可得:當(dāng)工作閘門勻速開啟時，水擊發(fā)生于閘門開啟初始階段，水擊壓強振

6、幅呈對數(shù)規(guī)律遞減;當(dāng)工作閘門勻速關(guān)閉時，水擊發(fā)生于閘門關(guān)閉后階段，水擊壓強振幅呈指數(shù)規(guī)律遞減;工作閘門關(guān)閉工況下的水擊壓強振蕩時間大于閘門開啟工況下的水擊壓強振蕩時間。在設(shè)計茨哈峽水電站泄洪洞工作閘門時，應(yīng)避免因工作閘門自振頻率和泄洪洞水擊壓強振蕩頻率(0.42Hz)耦合而引發(fā)閘門共振破壞。閘門運行方式對水擊壓強振蕩頻率沒有影響，但對水擊壓強振幅影響較大。工作閘門加速開啟、減速關(guān)閉的運行方式可有效降低水擊對閘門結(jié)構(gòu)的影響，甚至可忽略水擊