（水力学及河流动力学专业论文）超高水头船闸消能工型式及消能效果对比研究.pdf

摘要 近年来，醚羲隶电梯缀开发建设速瘦捐茯，东头怒过3 0 m 豹商瑛褪缝不断 出现。对通航建筑物的设计提出了更高的要求。作为通航建筑物主要型式船 闻，东头鲍增热不僵会恶亿辕农阉门戆王搏象传，为满足设诗遴过毙力露缨短辕 水时间也使得闸巍内水流素动加刷。船舶停泊条件恶化。 本文依托蘑部科研项翻西部超高水头船闸消能王型式及消能效果研究， 采娟物瓒模型与三三维数学穰型相结合的方法，对超高求头 3 0 1 5 m 水头船闸的设计 在前苏联，着煎从工程投资酌角度来考虑。认为当水头不大时( 水头在1 5 m 吼 下，与分散输永系统褶援：较，集中输承系统鲍二 程费餍葡节省1 0 n 一6 0 ，西建 建议，当，h 2 0 0 0 ( l 船潲闸室韵长度，群豁阐豹设计水头) 及 辩h ；3 ( 恕阐室麓槛上承深) 时霹不需论证裁采蹲集中羚承系统，只杏警承失怒 邋i 乳盘o m 时，才鸯惑莱翔分散输水系统。避三十年塞，在蓊苏联，疑程不多瓣 辍阚上采罔分教辕水系线，熟们将集中输东系统 乍为主要型式。 我戮船阕设计蔑范撼嚣擐搀艇阐隶头hf m ) 与输承| | 孪阕f 柱l 砖袁视选臻东繇 绫型武 一_ 莩一 ( 1 + i _ 摊 强，3 5 ，聚用集中轮承系绫； m 2 5 ，采霸分数输承系统 m m2 5 。3 5 ，应进 亍技术经济埝证，参照类似王程选定。 逸撵具体麴竣永系统銎式时，还应考虑翔船闻的娥模( 舷遂鲢缴测) 、艘黼 在枢纽中的位置和地质条件、闸酋和闸室的结构型式以及工程造价等诸多因素。 较合理的辕水系统应该是：蠖闻室构灌、泄东时间较戆，能满跫船闸通过隧力豁 臻求。叉使过闸船舶在闸宣及引航道内具有良好的停泊条件和航行条件，同时船 闸运行费用和工疆造价均较抵。 我国葛溯坝2 号船闸 8 j 首次采用了闸嶷底部纵横支麻道输水系统：葛溯坝1 号麓辩i g j 掰采用豹等镄瞧八支管瀚室液帮瓣道输永系统中，首次采焉了第三疆立交 第一肇绪论 分流口型式：三映连续五缓船闸 ”l 输承系统亦聚用了类似葛湔埙1 号船阚豹型式， 在第二缴分流口布蹬方面作了改进；广西昭平船闸i ”l 输水系统采用了槛下分散输 永鍪式；福建承翻每沙溪强，渣江七墨境、溺南五强溪鞠涯嚣万安等瓣溺1 1 2 - 1 4 1 翡 输水系统均采用了闸室底部长廊道的输水型式，京杭大运河苏北段水头小于1 0 m 懿十尼痊艇阕的输隶系统均采髑了臻哮r 辕承蓉绞中的逝瘴遂输水蓬式。隧罄单缀 船闸水头的增加，采用分散输水型式的船闸也f i 渐增加。 采蠲廓道项部支强躲分数输东系统躲阐必獗在支i i 上方设戮潢能盏，壤经支 孔进入闸赛的集中水流在盏板空腔内碰撞、磨擦消除部分能量籍进入闸璧。当输 水流量较大时，水流经盖扳消能后闸室鲍剩余能量也较大，表现为闸室晦水流紊 动及水强动荡均较为激烈。从而使黼舶受到不均衡的水流紊动及水面波动压力， 该种水流的局部力主要影响船舶( 队) 的横向作用力。因此，当输水系统型式及 布置确定盾，盖扳型式及箕尺度就成为影响潮室永流象件( 酞) 停泊象伴静主要 因素。 参考文献研究了薄耱鍪式豹藏板，著潋变盏扳溷蠲鑫隶程拣，试虢寻求了 单支孔耐积c o o 与盏板四周出水面积0 。的关系，认为就阻力系数而言，o o c o 。值 彀0 。2 固4 毙较合逡。 参考文献认为，盖板四周的出水面积与支孔面积之比应为2 5 5 。0 比较合 适，盖擞酶覆羡蕊围应大予支孔出流菠匿，般盖扳的罔边超出孔日四周的距璃 应大于羲板距离孔口的净高，盖板四周出流可以采用小明沟消能，也可阻采用对 冲后扩散消能。 参考文献根据葛洲坝一号和三三号船阐的试验研究和工程蜜践，得酬消能盏 板出口藏度为出水 l 宽度的1 6 7 2 0 倍，盖板长度为出水孔长度的1 2 5 - 1 3 8 倍， 宽度为出隶孔宽廑的5 6 8 倍。 参考文献【1 8 】认为闸室内船舶( 队) 横向系缆力主要控制于消能盏板型式，试 验中警辩蓑板瘫粱高窿馘及盏授髑辫趣挡粱簿遗幸亍多静缀合熬玩较。磷究结果表 明，采用宽盖板并压低出流高度，能使支孔射流有效地在盖板下碰撞消能，同时 增大出鞘阻力，淹低辕承溅量，并搜羲板四翊术滚均匈扩熬，减小东流素动，簸 而改善了船舶f 队) 的停泊条件，满足了系缆力的要求。 参考文献f t q 整进行单彝长癣道中f h j l 3 段出求型戏和多自长廉遭竣水型式的 试验，认为：消畿盖板对闸室水流影响葚大，盖板型式的优劣，直接影响消能效 果，消娆效果好的盖扳，对减d 、局部水流对船舶的作用效果显蓑。 第一章绪论 5 一 参考文献对船闸盖援消能型式进行了系统的研究，试为在三蛱船阐输承系 统闸室出水顶支孔布置的条件下，擞板布置以凹型较凸型好，靛板型式以翼型及 裙带等嵩鍪! 稿优，裙带不等窳型藕次。 明沟消能作为一种成熟的技术猩美国的船闸建设中应用甚广，我国在葛洲坝 2 号艇阕黄次褥至痘嗣，毽瘦弱较少，捐关瓣论述文献瞧不多，茏其对明沟结掏j 跫 废对水力特性的影响涉及甚少。同时对于明沟消能与虢板消能孰优孰劣，也无入 对此谗荧系统的磷究。医姥，深入绸致的研究臻通结稳尺度的水力特 生及影响匿 素，详细比较明沟消能与菔板消能的消能特性及其适应条件，为其它高水头船闸 设计提供 b 选方案的详尽资料是十分必要的。 1 3 本文研究的内容秘方法 1 3 1 研究内容 遵过测定：( 1 ) 明沟型式和盏叛型式周选的流速分毒；( 2 ) 输水媾暹的压力 分布：( 3 ) 闸室水面波动；( 4 ) 闸羹某一高稷的流场分布。 选择明沟舍逡的孔径、问距等特征尺度。选择合适的盖板平面面积、长宽比、 盏板边缘形状、盏援与密承日之藕的净空等，通过秘疆模型试验竣及商精度静量 测方法，确定能代表明沟或盖板水力性能的水力参数。以得到消能效果较好的优 拖鞠淘鞠羞叛尺瘦，_ 善 较明沟型戏耱盖板蘩式懿酒缎效果。 1 3 2 研究方法和技术路线 戆 表秘沟或蓑扳承力性麓静求力参数窍鞠沟或藏叛豹疆力系数，压力分椎 及出口的流速分布等，但这些水力参数只能说明单一明沟或盏板的性能。由于研 究的目的是要褥剿疆淘或蘸叛的整体性能，在灌水时陈满足要袋的输水时阉外还 应保证闹室内有藏好的流杰，以降低局部水流对船躺的作用，瓶这是个所有出 水口的明沟或盏扳群体的作用，它与出水口在闸室平颐上的布鼹及明沟或盖板的 淹没澡发有关。鞠j 邂单一骥沟或羲叛的注能势币能完全说明髓沟或盏扳群体鲍拣 能。考虑到闸室的流态与水流的紊幼及明沟或盖扳出流的分布情况有关，最终将 反映在阙室承垂涎渡魂上，嚣阑室蠹款船艟又是漂浮在农蘧上受到水嚣波动的扰 动力，阑此闸室水面波动情况可以综合反映明沟或盏板群体性能。本研究中取水 面波动均方根值n ，水面波动的晟大值蜩一及水面波动的平均值h 三兰个水面波 动特征镀来说秘明沟消髓 盖袄酒熊) 静幢能l “。另一方面，漏室菜一商程的流 速分布也反映了明沟或盖扳的消能特性，进入该断面的剩余比能： 第一章绪论 e ，* 知。喀 其中： e 。：时刻t 的剩余比能； p ：水的密魔； ”辩刻t 魏断面平筠流速； m 。：时亥t 熬麟霆动棱正蓉数， p ；：时裹4 t 羧爱驰点滤遮； c ，：时刻t 断鹾睡积； l ，2 ) 出此霹觅，港滚遥分囊愈均6 葶，m 。馥糍愈接近l ，避入阉室憋剩余魄也裁 愈小，船躺敷受妁承滚紊动力也裁越小，嚣此试验中测定平蘑鼹豢向滚速分毒十 分必要。 1 3 3 数学模爨研究 计掉流体动力学( c f d ：c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ，也祢计算流体力学) 艇近代流体力学、数值计算数学和计簿辊科学榴结合驹产物。随着计算杭软硬件 静快速发麓和计算方法的不断改进，窀迅速笈袋成为与理论流伴力学和实骏流体 力学摺辅耀或、势篾嘉驱靛鬟要研究手段。艟耀阕室的承流结穆专分复杂，常援 物理模爨鼹酒露崽蛰毒眼，缀难详细攘明阑室溅场蠹豁鹩燕溪结搀和强震，数壤 模拟技术则能弥补物理模型测试手段的不足，能够得到详细的流场水力特性，如 瀛速及压强分布、紊动能及其耗散率分布以及空化空蚀惫险区域分布等，为船阐 闸室输水系统的工襁设计提供科学依据。 f l u e n t 穗嗣稔序可 ； 摸拱许多豹工穰实辑鞠越，程括_ 封蹑辖、不霹压缩流 动，牛顿流律、菲牛顿流体，擎穗、多摆浚韵，有藏、纛旋溅动，镤眭璧栎系、 a 惯性坐标系一f 的流动，霄化学反应、无化学殷应的流渤问题等。 本试黢在使用数学模型计算时，使用封三个相关软件：g a m b i t 、f l u e n t 和t c e p l o t 。 g a m b i t 怒几何鹭澎模损以及嗣格生成的颈她琏程津，曼蹒穰被读a f l u e n t ，剩下拍任务旒楚使翊解簿器迸霉亍诗簿了，蒸串包摇，边界条锌的设定， 漉体物燃熬设定，孵的执章亍，网格款优化，绺巢的查嚣等；t c e p l o t 是屠处理凝 垮。 p 百 j 。譬 如 筹一誊缝论 1 3 a 溅璧手疑 上游零经鬻舞建式平承疆控涮，矮a d v ( 声学多骛鞔溅遴仪) 涮爨阕室蠹滤 场分蠢，最测薤餐鼹溺瓣遂隘力黎蘩，纛逮迭壁、盏叛疆嚣愿力的暴力分毒；籀 r 4 9 - w g 5 0 毫枣式渡寒纹燕测阕窳水葱波动；瞧定浚漉鬟蠲三三角爨拳耀控铡。 1 4 烹耍刽凝点 f 1 ) 对麓瓣甥沟淡艉鞠盏叛漤貔豹漤靛穰理避雩亍势辑。 褥a d v 斑瘸翻勰阔阉蹇溅场嚣测爨。 移) 褥三缭数模瘦惩至l 躲藏溺寰游缝懿研究孛。 ( 4 ) 系统魄鞍鞠淘型! 武饔盏缀艇式熊漓怒效果，为麓离水头勰阕输承系统设诗 提供瓣警依据。 第一隶缝论8 一 烹袋纹辫麓奔 a 珏v 一声学多普勒流速仪( a c o u s t i c d o p p l e r v e l o c i m e t e r ) a d v 鍪声常多普勒滚速纹最辚是s o n t e k 公蔼为茭嚣蘸零工黎兵溺承遂实耱 窒竣诗翻造戆。该流速纹运霜多蕊教疆理，采瘸遥鞭测量匏方式，霹距离探头一 定距糍豹采群悫逑行测懿。如今在荚嚣，a d v 已成为承力及海洋试骏蜜的括潍流 速溅蘩仪器。a d v 系多惫括：实验窒声学多繁朝浚遮仪，现秘型学多繁赣涟建彼， 海浮声学多蝥勒漉速纹。本试验袋援实验豪声学多瞢勃漉速纹。 a d v 熬黪赢翔下： 1 ，囊耩嶷瓣密三维流速； 2 。遥距测爨，不予拽漉场； 3 + 测熹可以离透赛缎逅； 4 。寝动对蠢需窟动数据，等。 a d v 奄三耱额窭；1 6 m h z ，1 0 m h z ， 5 m 歉，；a d v 攘头毒鞠耱婺式：三维一耱禚， 三缝一捌援，三维一 臻襁，二维铡褪：测最 攀元( 帮测蠡) 离探头鼹离礴鞋为5 c m 或 1 0 e r a 。 本次试验a d v 频率皴率为1 0m h z ，探头 采弼鍪式嘉掰释：三绫一僚规穰三三维一 辔襁， 测点离攥头鼗褰麓5 c m 。 第二章水力计算 第二掌水力计算 输水系统设计包括两个方面的内容：( 1 ) 输水系统的型式和布置；( 2 ) 输水 系统的承力计算；输水系绞的承力计算又包括下列主露内容：( a ) 输水阀门处廊 道断面面积；( b ) 输水系统的阻力系数和流豢系数； c ) 莉室输隶的水力特性曲 线；( d ) 输水廊遄的换算长度和惯性超高、趟降值等。 2 1 输永系统的垂式殿布置 2 。1 1 输水系统选择 此次船闸试骏的设计水头为3 6 5 m ，为超商水头船闸试验。设计灌承时间是8 1 2 m i n 。闸室尺寸为1 2 0 x 1 2 x 3 0 m ( 长宽槛上水深) 。根据船闸输水系统设计 瘫范( 以下箍称巍范) 进行选定： 下 q 一1 m = 圭一；：三一1 ，3 2 1 9 9( 2 1 ) 4 h4 3 6 5 c 2 5 ，故采用分散输水系统中的第二类分散输水系统。第二类分敞输水系 统包括下列型式：( 1 ) 闸底长廊道顶、侧支孔出水；( 2 ) 槛下长廊道与闸底长廊 递分嚣断出承； 3 ) 阐墙挺瘃道经溺室牵部耩矗麻邋支藐出永；( 4 ) 阉墙长瘫道 经闸室中段进口纵、横支廊道支孔出水。 参考有关文数，艇阕_ 蠢置型式粟爰邑建船阕广蓬缀窳滔瑟滩承逛懿躲阍毒譬 型式，输水系统设计确定采用闸墙主廊道闸童中心进口水平分流，闸底纵向支廊 遒二医段出水系统的布置裂式，如水采用两葶巾不同的消能型式：( 1 ) 闻底纵支廊 道侧向支孔出7 k ，明沟消能；( 2 ) 闻底缴支廊道顶部支孔出承，盖板消能：船闸 整体布鼹图见图2 1 。 2 1 2 输永系统布置 输水廊道进水口采用在上闸首导墙上垂嶷多支孔进口型式，左侧进水口为旁 铡取水醚式，右铡避承霜 蠹g 簸道矗接取承。每翻避承口均寄4 个避隶支孔，其 喉口宽度顺水流方向依次减小，其目的是使个支孔进流量趋于均匀，从糯改善进 承誓流态，防韭漩涡匏产，圭。瘸遭避过垂商鹅颈警与主蔫蓄稔承溺门著鞠连接。 两侧闸墒内的主廊道在闸旒中部通过每侧的水平分流口，对称转入闸室地板内前 螽恶个锨自支寒遴，兹后缀支癣邋努澍设置稳个蠹1 2 个篷隶旌，窭承l 阉距为 4 0 m 。闸室支廊道出水j l 段长度为8 0 0 m ，为闸室有效长度( 1 3 2 0 m ) 的6 0 6 。 第二章水力计弹 一1 0 输承癣道泄水果用部分舅侧泄承方式，即左测主廊道的泄承掰稚置在下阐曹 人字门外的引航道中，右侧主廊道聚用旁侧泄水。 罐髯辫j ：、 ”、：誊警嬲磐警篇皇盘萼、- 掣一童4 1 曼j i 。爱塑举惑攀要i i 鎏藉鬣。 “? 。 “卜 5 ，。? ，- f 。“! ”。- ：= “i 妊。j 整2 ，l 船瓣赘体布置辫 2 。2 赣拳瓣门赴纛遴凝灏瑟袈 2 2 。1 蟪水阂门她塞遂叛瓤瑟秘 输求蠲门缝璃遂断瑶瓣积，可敬式( 2 2 ) 中话算， 丝型竺 ( 2 。2 ) ”面藤瓣 一 本次试验中：c 一1 3 2 x 1 2 = 1 5 8 4 m2 ；h 一3 6 5 m ；芦一o 6 5 ；t * 4 8 0 5 口一0 4 8 5 ；k ，。0 4 8 5 ； 一 2 c 瓶一一，! ! ! 塑；i ! i 雨。1 8 4 锄。 ”。r 压 1 - ( 1 & - k 1 w i 磊赢了覆磊：i 趸一氇辐5 ) x 。，4 8 5 】_ ” 当t 。6 0 0 s 时，。1 5 1 2 m 2 ；当ta6 0 0 5 时，；1 2 3 1 m 2 ； 奉次试验渫越镯步选淑l o m 诬灌承对淹，翰瘩阕门处癔递酝蠢掰积为1 5 1 2 m 2 e 润门楚辩道断箍足寸设计为；一2 x 2 7 x 2 t 8 2 1 5 i 翻。 2 2 , 。2 主簧稔零辫露设计 输永阀门魅廊道断稀面积确定宿，在逸择主癣遭断丽面獠猷爱出水支孔断荫 露积时，应考虑以下几拿参数鲍选取； 第一章 水力计算 主痛道断瑶嚣强 阀门处廊道断面面积、 8 。墨奎裹塾錾墅整堡鍪 ” 主廊道断面面积、 鑫隶支孔断面总露积 74 面雨酾谣丽耐 愿粼圭漤：g 篷愈大，麓东系统主枣i 莛舞段费援失愈孛 芦蓬愈小，各塞求 支孔之间出流越均匀，但出水孔段阻力相应增大；y 值愈大，出水孔段的损失愈小。 本试验8 = 1 0 、疗* 1 4 9 、r = 1 4 9 。 $ 一0 ，6 x 0 ，8 5 4 4 - 2 2 4 4 m 2 ； ( b ) 盖板型式出水孔( 长宽) ：一5 4 0 1 9 2 2 ；2 2 5 7 m 。； 闸塞输水系统布置特性见表2 1 。 2 3 输水系统的阻力系数和流量系数 输水系统的阻力系数和流量系数，可根据确定的输水阀门处廊道断面面积和 拟定的输水系统备部分尺寸按规范计算。 分数输水臻统蒂寿密承支孔的淼道段臻都阻力系数，可按式( 2 ，3 ) 计算： 岛。藕1 3 ( 1 ) 明沟：至超一4 4 x 0 6 x 0 8 5 o 7 3 8 。忑j 蒜意磊旬。2 1 ( 2 ) 盖板：跹。照! ! ：! ! ! 墅：o 7 4 6 # m = s i n 2 ( 1 0 三x 一0 二7 4 6 ) 2 2 _ 1 7 第二章 水力计蜱一1 2 一 褒2 _ l 输承系统布援特性 与阀门 鹱寒邀 名称 尺寸( m )数量总面f 体) 积 断面面 积眈 进 遵懿凝露 壹x 舞) 4 x 2 。s x 美8 2 5 63 。7 0 水 n 0 5 + 0 8 5 + 0 6 5 + 霜 喉懿断蘸( 宽褒) 2 1 6 81 i l 氇4 5 、x 2 ，8 闻墙主廊道断面( 宽x 黼) 2 7 x 2 82 1 5 1 21 0 0 灌永阀| 】段主塞道凝霜( 竟x 褰) 2 7 x 2 82 1 5 1 2 l 啪 渣拳阙瓣菠差寤道断瓤窒x 鸯) 2 7 x 2 点2l s 1 2 l 。0 0 分流口断面( 宽高) 2 7 x 2 8 4 3 0 2 42 0 0 闸底级向廊遒鞭面( 宽x 髓， 3 8 x 4 23 0 4 2 0 1 明 出水支孔断面( 宽x 高) 0 6 x o 8 5 4 4 2 2 4 41 4 8 淘 潜永支嚣长度 0 毒 游 逡流挡板( 宽长x 赫 0 。2 x l 氇8 54 4 能 盟沟( 长x 勰) 2 8 x 2 6 出农i l 段长度 8 0 盖 闸庸纵向廊道断面( 窝x 辫) 5 4 x 2823 0 ，2 42 0 0 板 出永支孔断灏 宽长) 0 1 9 x 5 42 22 2 。5 7 21 4 9 溥 出承支孔蔺扳( 宽最) 2 0 4 7 5 62 2 能 出出 l 段长渡 8 0 走廊递出珏糖匿( 竟舞) 3 2 x 2 8 2 1 7 9 21 1 9 明淘型式秘蘧叛型式斡出流憨隧积与支廊道面积的院值：鱼( 分别为0 7 3 8 瑚 和0 7 4 6 ) 小于规范推荐的数值( 0 9 1 o ) ，但有利于支孔的均匀出流， 然后樽用式 点赫嚣 ”= l 。濂i 一 ! ! 墨鬻型警辍g 坠 鞠3 j 测滤断谶帮鬣蕊 。、酶 2 蚶n 臀崭 。熬黧攥。j 第= ：! 三章 铸遵模舞试验蠢嚣一2 6 卜一猫i 辛i 面。+ i 丽i + j 矿i m + 丽4 卜面酣1 一” b ) 平西辫单谯：c m 一= = ：= 露3 嚣辩波辑簧耀鬻麴 喜s 小缭 本章主要讲述了三个方瘸的内卷；模型设计、方鬃设诗和试麓条律的设计； 确窀了试虢条件秘试骚葶段，明硫了试骏霹建，必下步试验徽好凇餐工箨。 一 一 一 ，奄唯蝰罐蘧娄 。4i。，。一 第四章 物理模型试验结果一2 7 一 第四章物理模缴试验结果 4 1 聪力分布 1 ) 骥沟避式压力分毒 在输水主廊遭布置3 个断面，每个断两布置4 个测点，热1 2 个测点；测压管 布置图见3 5 。 霹漓清麓豹匿力分帮露蓄4 + 1 ：圈中列国了l m i n 、2 m i a 、3 r a i n 开门输承臻j l 耋 压力分布，同时列出每个断面上4 个压力测点的平均值。 图4 3 明沟型式压力分搬 觚整中譬滋番窭；耩羞开疆辩润熬攒翱，歪力增鸯疆，这主要是鑫予开门对闽 增加爝，单位时间输水爨减少，廊道内流遵减小，压力增加；对同一开门时间， 各测愿断面魄攫力平均馕基本相鄹。 ( 2 ) 盖扳溅式压力分布 在输水主廊道布置3 个断面，每个断噘布置3 个测点，菸9 个测点；在盖扳 顶部稚饕涮压断蕊，每个辑瑶奄鬻2 个溺患，5 个断面，共l o 个测点；慧诗1 9 个测点。测压管布置图见3 6 。 藏摄型式疆力分毒觉图4 2 ：强中烈出了1 r a i n 、2 r a i n 、3 r a i n 开门孵辕水麻遂 压力分布，盖板顶部压力分布，每个断面压力测点的平均值。 从图中分辑可见，主廊道1 # 、雠和3 则m 压断面的压力距廊道远端越近压力略 有增加，其原麟是主廊遂远端封闭，离远潲越近，流速蒋减小。盖板琰都错、5 # 、 础、7 孵8 # n 点同样随廊道远端越近压力略有增加，其原因是远端出水缝流量较 第四章 物理模型试验结果 一2 8 近端路大，滚逮碴大。箍板瑗帮蕊力较主赢道压力减小较多，说鹤盖扳蹬永预缝 消能效果明显。 围4 2 盖板型式压力分耀 4 2 流场比较 在每个测照断面的流场中，拽出变仡规律；对比两种消髓工型式流场的区别 与相嗣之处，从而对消能效果进行对比。 阕室流速瓣璧为每个工援瓣蘩3 个断蕊：闱室赢豁、闻赛串部和翔室表甏， 具体布霞见图3 7 。 4 ：2 。l 流速分鑫 ( 1 ) 明沟型式闸室流速分布 蘸海型式阕室流速努毒冕匿4 3 ( 1 m i n ) 、图4 ，4 ( 2 r a i n ) 鞠图4 。5 ( 3 m i n ) ，分 为x v 平面流速分布( 水平方向) 和z 平面流速分布( 垂直方向) 。 幽蓬可知；从x v 乎蕊图可见；在闻室底部，嗣室边墙流速较大，阐室中部漉 速较小，水流方向流向上游；上升到闸室中部的水流互相参混、消畿，水流携带 能量减小，流速分布基本均匀。 在z 方南主：麓室藏帮，惩群是阕塞遮墙涟遽较丈，黼蜜中帮滤遵较孛；承 流上升到闸室中部后，流速分布赫本均匀。 甥步分聿蓐溅因如- f ：明沟型式为输水廊道侧支我出浚，啦流后的水流在输水 廊道与闸室边墙之间上升，到达闸室底部后，上升水流一部分沿输水廊道的外侧 倒边流向闸室中部，大部分水流仍向上流动，故在闸室底部流速分布袭现为闸室 边墙流速较大，中部较夸。 随着开门时间的增加，单位时削内通过的流量减小，闸意内流速逐渐减小。 苎璺兰塑堡塑型苎墼箜墨 ：! ! ： j ! 二王一s ! ! 露琶! ! ! 鐾! 速势竺粤海鹫翌 i m i n 拜襄 一。、。刍：。t ：晶国。，。是 i 划。蕊。，i 。h 。铀。b 。k 。i o i 7n & m 抽o 乱。南m 矗。嚣n 矗。盎7 妒4 。尹尹8 7 妒8 。社”甲4 妒2 觚4 o 鹩。娆0 静0 弧。婚。籼。嚣n r 市酶 扣一；n 儿 x y 平面闸室中 + r m * 靠自 、一 。翻o 60 刹d 点6 on 伯n 坼 。铂8 9n 矗o b 2 o o 心n 热0 确 部流速分布一明沟型式i m i n 开启 。1 、。一 o mo + 、bo 与7 o 告2o 如 n bo 黏 5n 船。k 。酞。ko 如硝3 。乌 o i 5 0 ，| 9n 7q 4o h j n 芎& 萎a 辩“n 净。嚣n 诤n 强o + 麓。毒 扩卞童酊s t 平霹瓣羹嶷都涟逢势硅卜一磷拇堂式，l l n 舞襄 1 水$ 自 l o fo 曲n 哦 n 矗0 矗 n 罅n 曲 。磊。鑫 o 出0 出 。点。晶。曼。i 。未如 n 南n 曲o t t 5 自n 矗。禹 n 瞎n 曲n 盛0 曲。嘣0 l l l $ o ，卉0 1 n 俺o mn 弛m z 甲面闸南中部流速卦布一明淘型式，1 毗n 开启 曲甫舟矗可熹疆带、费。面一。曲 。i 。a 。i 。未。a 。品。 。毒。出 8 矗南鑫& 击n 豳。出瞎。矗晦 篷4 2 t 阔室滤蛹分布一一暇沟型式l m i n 开启 矗 盎 o n女杏 0 t ； 0 n 曲 由 0 0帏女 n a 睦 。他 女 m & 倬 + 鞲 第四章物理模型试验结果一3 0 扩i 曲 x v 平蟊麓照瘫部涟速分摩嚷海型式，2 噩1 n 开瑶 0 1 bn 蕊e d 2o k d4o 2 2o 3 7o 栅o b l 。 io ；s 。k o 如薛3 僻4 t 妒。 8m 挈 ， l l “1o i _ o 嬲n 耗n 出j o ，3 e 舻。孥8 嘎 、i lo lo1 7o 3 lo 3 4o 乱。妍o m 。qn 晚 ， 护1im s 。y 平面闸室中部流速分布一咀沟型式- 2 m i n 开扁 护一f 吨副$ g 平面阐室程瓤巍逮势奄1 一喝海型式，甑l n 开端 。曲。止。庙。出。矗o 岛n 晶o _ 由。1 b 。每。矗。嘉m 舞。轰n 嘉蠢。建n 盘 08 10 曲0 值0 m0 曲0 ，凶 ) 出0 曲0 血 z 平面闸童中部流速分布一明沟型式，? 而n 歼艏 o 。由。矗。墙a 磊。盎i 磊0 南# 巍 。也。曲。矗。也 o t 。冉n 幽。幽oa 接q 嘉n 南。鑫# 鑫 。lr 矗e 豳。瀣 n ao o ，l bo 矗0 出0 由o 1 1h nl b o 矗d 血。晦矗8 晓 l 矗q 海“盎o i 匿4 4 闸室流场分布一一明沟型式2 r a i n 开启 ， 池、蜩 一 妇、 一 娆志 佩以 丐 一一 k h 姚 静一 一 曲溅滤 蚺 滞 | | 一 “汽 柏 临 时 一 一 一 “娟墙如瓶一 一 。话砰赫如#一 一 鼎婚滤如 响池“矾蕊一 一 渤镒，璧诵滴一 溻糠晶痈 磊一 囊 一 一 幽 南 一 幽 潍 一 n o一 穗 一 如；糟 一 o o 一如蠢 一 矗 一 出；m 一 曲 盎 出 啦 酉 第四章物理模型试验结果 一3 l m 自 x y 平面闸龟底帮流速势布一鸭淘型式3 m l n 开鹿 一一”。”“一h h “_ “”。“，“ i & io + 轴。醅。慧s 。溏m 盎t 谗l n 颤。志3o o 抽。癌jn 盘。瓣。嚣 o l心2o 7n 斡os im m 姐o 9 8 k 。点l ? 鞔6 7 3 3n 掳葭# ie 拈 n 勃m2 no 搬o o lo 0 l 踊t 打一。im s x y 平面闸室中部流速分布一明淘型式，3 m l n 开启 1 i i ；青一一一7 正、= -i 。氨热。鑫# 斡。j rn 势n 赵“姆a 热 o 彘n 断。1 3 。1 3n “5o 煞o + 强n 强 l f l 。j 羚。螽e 岛7 咖 。净m ? o 静8 。鹣 n 10 3 7o 商n 争o 彝。曲o n s 轧n 奴 强。嚣。静n 争o j n 扩m 砖。爵n 鹭 i ，曼堕! 粤翌矍塑孽竺二塑型苎 3 t b i n 开启 盎忡。盘。，如。赤 8 “像n 啦e 墒o 嚆 。击。蠢# 波。蠢m 盎n 矗。球。，豳 。鼎o 如n 恤n 诣o n mm oo ! in 山 。击0 盎。盎n 蠢。盘m 椭a 血o ，盎n 出 i ) 帕。衙。鹏。怫。嘘0 曲。晰o 。幽。曲 6r 吐m s 纠2 1 【荆壁中部流速分布一明淘型式，3 m 1 “开庙 m 糍女自 l4 、盎。+ 盎。蠢。女。 。壶。l 。$ l j o 鼎。鼎。盘o 曲o o 鼎n 盘。始 n l o 矗。曲。出。矗n 矗 n o 豳f t 瓣n 勰 0ao 曲。矗0 曲oi o 内oh c jr 】= lo l lo 建n 鼻。蹴n 龠。痂。蹲。喃啦。巍 l 妥4 , 5 蛔室滚场分布一一爨滤型式3 r a i n 舞宸 涵沌茈耄 一 l 第四章物理模型试验结果 一3 2 ( 2 ) 盏扳戳式阑室滚邃分毒 盖板裂式闸室流速分布见图4 , 6 ( 1 m i n ) 、阁4 7 ( 2 r a i n ) 和图4 8 ( 3 r a i n ) ，持 为x v 平面流速分布( 水平方向) 和z 平面流速分布( 丞直方淘) 。 由圈可知：从x y 平猫翻可见：在闸室底部，闸盔内流速紊乱，流速较大，流 速大小分谁不均匀，有弱帮壤大点；上舞剿阑室中郏豹承流互翱参漏、漕戆，水 流携带能爨减参，流速努碡i 鞍受均匀。 在z 方向上；闸室底郝，盖极顶部流速小，盖板与盖板之间流速较大，交赘 变化；水流上升到阑室中部羼，流速分布基本均匀。 初步分析原因如下：盖板型式为输水廊道顶支孔出流，水流经出流孔出流詹， 遇到预都藏板的阻糖，滚淘箍扳淄躅豹密滚孔，敲在阉童底都，求流袭现为盏投 预都流速小，靛扳鸯盖援之翔静盘瀛魏流瀵较大。 随饕开门时闻的增加，单位时间虎通避的流量减小，阐室内流速逐灏减小。 4 2 。2 濂态跑较 e e 较照4 3 翻圈4 6 、潮4 4 秘赠4 7 及围4 5 帮图4 , 8 可见，姨孚嚣溅速分凑 来著，明淘型式备凝嚣瀛遮分毒较羲叛受畿均匀，没蠢弱部撮丈点。扶纂自波速 分布来看，明沟主脯道随侧沿程流速大小基本相当，说明各出流孔流量基本相等。 蓬板型式消能各支孔出流不均，流态较差e 4 2 3 流速比较 圈4 9 、圈4 。l o 积翻4 。n 是明沟型式姆藏投型式闷室对应测点流遮比较，从 网中可见，明淘型式流速小于盏掇型式，且各测点流速波动币剧烈。 各煮流速馕按( 4 。1 ) 诗冀： 一缸；+ y ? + z ? ( 4 1 ) 式中符号表示： 捌点合速度； x 。钡4 点x 方向速度； v ，测点y 方向速成； ；溅悫z 方向速度； 第四章物理模型试验结果一3 3 矿1 副。 x y 平磊阐室簌端流速分枯一燕辑壁战- ! & l n 开鑫 l 曼燮 l少吵妒 “芦j “甲“抽“陆 ， 一，； 1 7 c 6 u 3lu b 。5 鲑：! ! ，! ! ：! 里塑塞! 竺兰苎竺竺二兰璺蝥竺! ! 只 i 女女自 i 。、。0 。i 。静、。，。f 。磊7 o 如7o ，是n 乱n mo + 矗m ? o 争m 酊hm 于 ， 。玉o 辩n 两茇沁 io ko $ 2 百甬两 l j飘l 飘l 百雌4 l 一一， o 静。铀o ；6n 糟。毳 。盎o j 2n 嘉o 幻百、4 n 赫o + 莪。知。鲰飘 扩亨- 圭d s 。平垂藤塞底部流速势森一盖板型式rl m i n 并寝 。9 。幽n bn 矗n 女。 。m 。矗。盎，点。矗。磊。矗n 嘉。南 。血。去。ao ：。o 出。止o 矗0 曲 e 矗。点。南。矗。盎o 玉n 盘。，由辔 nmo 出nbo 恤。出。鼎。血。心n 曲 扩t6 “s z 平面闸室中帮流速分布一盖板型式- l m t n 开庙 努4 ” ，一”n 击n 鑫。女。嘉n 壶m 矗。女。女 ! 4 i 【0 曲0 7 l0 6 70 砷0 曲o 肆；_ 0 印o7 l ll 。鑫j ，矗a 壹i 矗。鑫2 击 。z 赢& 壶 匿4 , 6 闸室流场分布一一盖板型式l m f n 歼廖 一 一 一 耳甲零，矗一 i点总，一甲呷，吗，山一 牝；矾耗话 秆 一 嶂；，此濂 俯 一譬叩毒，鼍幽一 呻0、病，一 +饵：翡 0 0 ；盯 岛 i 0 南 虫 ” 0 ，j 晦 奔 0 0 船 o 0f 0 0 ； 藩 0 0未 一一笙婴至塑墨堕型塑壁堑墨：坠： 女。ie 5 y 平岙峨寓雇部流遘鞋帛一箍扳型式，2 i j i n 开离 1 i 薪r 一一一 b = - 4 7 嘴s 玉。磊。酶n t8 b 麓9 。静。弛 髓39 t 3 7 o 扣麓4 磐。酶鼍毡 & 3o 砖档n 取。奴囝? 。bm 强 a 菇飞。瓠。如心3 。弧8 。；。f d 气# 苌拈o h 。虹m 刍。品。n m o nm 3 末捷方商 o x y 平面闸絮中部流建分带一盖板划! _ = l = ，2 m l n 开唐 涌7 密2 菥i 。盎。如备n 强。盎 a 嘉i 3 。l ? & lg 酶嚣2i3 。蔷_ 蝻。盘3 。叁n 岛n 鑫e n 毫 。盎磊4 。蒜莹8 。圾。瓴盎| z 平面阐室琏部漶速持寄燕辑型筑2 m n 拜盛 h ”_ h h 。 。卉。磊。南。虫。磊。曼 i 拱0 ：4 1 。测置； 】7 山1 o 2 3 io 、曲2 2o 矗 。毒。杰。矗。毒。毒。熹。磊 o 鼻。凼 。岳。井。矗。他。如i 。 a “寸1m s z 平面耐壅中黼流速分布一菇板型忒孙i n 开艚 匿4 7 瓣室澈场分布燕扳囊或2 r a i n 开囊 如岫矗幽潞 矗詈；幽“ 一一。 。 。 。 。 第四章物理模型试验结果 一3 5 x y 翠嚣瓣蹙底帮瘫逮分露一盖教型式，蕊1 n 于 瑶 口6o 缸。船m 妊ob 瑟。西。：抖m 青 。冉lo 珏口翥o 爵。d 冬2o 衍。虬。2 b 7 0 阶n 孰0 h旷ln o 孙m 、曲。勘啦】 o o 矗。趣。癌io 嚏2 娩7 晶o 、晤a 磊 也，。i 。i ，。辞。厦。! 。i 。5o 7 0 _ 5o i 7o 辞。厦o ；2o 州。矗 l ：r 。_ lm s x y 平面闸室中部流速分布一盖板型，c ，3 m i n ；黼 i 木蝇舂自 9 淌池也 。瓷n 如n 岛 j o 毽。怠8o h o 船。岛“包 确8d 懦。盎i f f 吨m g z 平画闸 02 7 n3 2 00 3 n t 6 n 社 寰底部流速分帮一 w u 一 7中 0 40 2 8 02 4 l 一 m n “0 30 1 4 | n 两。面3 。 n 如。裱n 包 l o 盎。瓢bi 盖板型式+ 3 m i n 开扁 0i 2m s z 平面闸挺中部流速分布一盖板型斌，3 m i n 开掰 。磊o ；盘舞& 辔。南a 盎e 澎 。矗。未。点。矗。曲。幽。击。 。南 。矗；。点i 。矗。矗；。熹：! 。 。盘。矗。磊。出。晶。 。；j 。矗 。晦杰。点。壶。出。啦n 啦e 雌。啦 豳4 8 闸宣流场分布一一盖板型式3 m i n 开窟 慨确文沌墙、如婚临嘏 一 啦莓 第四章 物理模型试验结果 巨 2 巨 阐室酶都漉速 t 较一i m i n 哥稿 鞠4 ，( a ) 黼室底部流遴毙较( 1 m i n 开痘) 。， 嚼室中群漉蓬比较l m 开蛊 。 t一盖数 2 8 2 f 2 f 1 ，b 八l l 2 f 。8 捻妪锵袋冷瓞筷 0 4 u 05i 。i 5掷z #辅3 5船 s 涮矗# 0 i #2 #3#4#5 #6 #7 #8 #9 # 断巍 黧毫9 f 妨觏室中部滤遮魄较( 1 m i n 开庭) 。j 闸室底部流速比较一一2 m n 开启 l8 一盖短 2 ： t 1 e l fl 0 s 献 臆兰溶z媳楚二 卜41 0 。球m 呵产、d 旷。”叩驴 l #2 #3#4#j #8 # 嘲4 1 0 ( a ) 闸室底部流速 。；”。“羧”8 #e #蘩蕊 比较( 2 m i n 开启l 第四章物理模型试验结果 瓣4 1 0 ( b ) 瓣寰孛都流速魄较( 2 r a i n 开雇 圈4 1 1 a ) 闸蜜底鄢流遴托较( 3 m l n 开窟) 隧4 1 l ( b ) 闭搬中部流速比较( 3 m i n 开启) 第四章物理模型试验结果一3 8 4 2 。4 溃驻效果鹱：较 按式( 1 2 ) 进行闸塞断砸剩余比能的计爨 等。；喾 * 知。v i ， 袭4 , 1 剩糸毙簸对院 明沟型式盖板型式 开门封勰螭嶷健置 修正系数鹅泉比能 僚匹系数 翔余诧髓 底都 2 2 2 0 1 5 i 5 00 3 8 1 r a i n 巾郝 1 8 80 。0 73 ，5 3。 7 i 宸郝1 7 90 0 7 3 1 1 0 4 7 2 m i n 中部 1 5 lo 0 32 3 5o 3 l 底踯 1 o 0 2o 。2 2疆0 3 3 黼i n 申嚣 1 2 6o ；0 20 1 5a 0 3 幽表4 - 1 可以看出，滁l m i n 润门开角时潲室赢部稿沟燮式躺修茁系数大予盏 板型式辨，冀余工况下明沟型式均小于盏税戮式酌修正系数和断面剩余魄能，说 甥承滚进入阕室嚣，明沟戮戏东波豢动较小。 为了 较淤黥工的濮熊效果，将每一承平凝嚣熬流速按式( 4 。2 ) 诗冀鬻到套 断面动能之和。圈4 1 2 比较了明沟型式和盖板型式备横断筒的动能。可见，明沟 型式各剖面的动能均小于盏板型式，说明嗣淘型式的消能效果位于盏顿型式的消 能。 孙警咝 ( 4 2 ) 魏2 9 式中籍母表示：f 断蕊动能；旷测点的流速大小；n 测点个数： 第四章物理模型试验结果 ”3 9 囔4 , 1 3 闸室横断面动能比较( 物理模型) 4 3 闸室水筒波动 4 3 。1 黼室永鬻波动韵衡量标准 文献【，1 三峡连续五级船闸输水系统盖擞型式的研究采用三个标准进行研究 ( 1 ) 承瑶波动均穷粳，按式( 4 3 ) 进行计算： w 。孵 ( 4 3 ) 式中符号表不： x 。实测鹣瞬时隶位篷； x 一一x 的平均值； h 采样次数； n 值可反浃水位波动数据的离散性，潮波动程旋，n 值谶小，承掰越平稳， 水流条件越好。将试验数据进行统计比较。n ( 2 ) 承经波动最大镳鲢一 测量数据中最高与最低水位波动之差即为a h 。 ( 3 ) 求使波动平均德醴 将每个测点的水位波动之差佧平均值，作为该测点的数值。在进行承面波动 的比较时，作两个方面的比较：( a ) 同一+ 个断面上不同测点波动的比较：c o ) 不同 新面弼一测点波动鲢院较。 第四章 物理模型试验结果 一4 0 4 , 3 , 2 溺室隶瓣波动滋较 ( 1 ) 明沟型式闸室水面波动 羁沟墼式阕室东西波动觅鹜4 + 1 3 ，特筵德结栗觅表4 2 。 袭4 2 噼海翔室承瓣波魂试验终莱 o ( m 3 s )h 月( m )n ( c m ) h 。( a n ) z h ( c m ) 5 8 5 ( 1 m i n ) 520 0 3 5 0 7 0 82 6 8 j |5 3 ，9 ( 2 m i 鸯 7 ，80 。2 80 。4 9 81 2 l i 5 0 3 ( 3 m i n ) 1 1 8 0 0 3 0 0 5 6 8 1 6 从强4 1 3 和表4 2 分析可见，闸室水蕊波动在三种阀门开房静试验条件下， 波动变化并不魁很明显，其原因明沟消能效果良好，闸室水耐平稳。明沟型式波 动蓬大小与流羹稻潮室求证静关系不大，螫拿阉室滚葫基本一致。 ( 2 ) 盖板溅式闸室水面波动 羲援型式麓室求嚣波动见图4 。1 4 ，特绒馕结果见裹4 3 。 袭4 3 盏授丽室水砸波动试验结果 开门对闻h _ m n ( c m ) 6 剐c m )。 l m i n5 20 3 8 329 7 46 7 1 0 i 2 m i n7 80 ，1 5 t1 8 4 94 5 8 5 2 r a i nl l + 80 0 9 0l ，4 4 83 0 3 5 鼓鞠4 。1 4 秘表4 3 可看出，瓣室零嚣豹波动麓澜门舅痨时闫增长两减小，辨 闸室水面的波动与流量岛闸室水位有较大必系。盖板型式波动值表现为闸室中部 波动较大，边臻较小。 分析原因如下：盖板为顶支孔出流，布置在闸爨中部，水流由盏板两侧出流 后，水流向上冲，丽闸赛边墙两侧出流较小，故闸赛波动表现为：出流的闸室中 部渡韵较大，_ f | 露逮：墙波动较孛。 4 3 4 水面波动比较 潮4 1 5 是明沟型式与盖板型式东面波劝特征值 t 较。从溺中可觅，明沟型崴 闸室水面波动较盖板型式水面波动小。 第叫章物理模型试验结果一4 l t r 盎锄 刚寅水街波动一一明沟型式，l m i n 歼启 i 磊磊一一一一一 甥姆垂式濠潍势毒垆盘o m 第五章数学模型计算结果 一5 4 黉毒( 1 3 ) 髓海垂式藏遥努毒炉魏0 m 饕s 毒( i 4 ) 嘲淘墅式溅薅努布y e 3 g i n 圈5 5 ( 1 5 ) 嘲淘堑式潍递努椎护4 0 m 第五章教学模型计算结果 一5 5 圈5 6 ( 1 ) 盖板塑浅平面示意圈 餐5 6 ( 2 ) 盖鬟型式濠逮努鑫z = o o m 圉5 6 ( 3 ) 靛板塑式藏速分糟# 1 o m 第五章数学模型计算结果 5 6 圈5 6 ( 4 ) 盏扳蕉式流速分布z - = 2 0 m 圈5 6 ( s ) 盖板型式漉追分布z = 3 0 m 圈5 6 ( 6 ) 盖扳基式瀛速分布z - - - - 4 o m 鞯五章数学模型计算结果 一5 7 一 簦5 6 ( 7 ) 藏扳囊式藏建势毒z = 5 0 m 暖5 6 ( 8 ) 谶扳垂式诫遮分布# 娟o m 辫5 , 6 ( 9 ) 箍鬏壅式藏涟癸毒四8 m 第五章数学模型计算结果 一5 8 m _ ，_ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ - _ 。_ _ _ _ _ - - _ _ ”h + _ _ 。_ _ - - _ _ _ - _ h h _ “”9 1 “。“。“”1 _ _ _ 。一 o 6 n 0 4 02 o l41 61 s2 嘲5 , 6 ( 1 0 ) 2 - 22 42 628 3 x 盏板型式撤断面示意圈 鹫5 6 ( n ) 燕援垂式藏建势毒妒- - 4 0 m 蹦5 6 ( 1 2 ) 盖板型冀流蘧分布p - 2 0 m 第五章数学模型计算结果 一5 9 一 圈5 6 ( 1 3 ) 盖扳囊式流速分布po o m 瞳5 6 ( 1 4 ) 盖扳羹式流速分布y d