【摘要】：弧形閘門因其啟門力小、操作方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在水利工程中。在運(yùn)行過程中,通過全部或局部開啟調(diào)節(jié)過閘流量,控制上游或水庫水位。但閘門局部開啟時(shí),由于復(fù)雜的水流條件,動(dòng)水壓力的計(jì)算仍比較困難。因此,本文采用數(shù)值模擬的方法,對(duì)不同開度下弧形閘門的動(dòng)水壓力和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行計(jì)算和分析。本文采用單向流固耦合的方法,結(jié)合Realizable k-ε湍流模型和VOF方法,利用ANSYS、Fluent軟件建立了流域和閘門三維模型,對(duì)不同開度下閘門進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得了過閘流量和閘門變形、應(yīng)力變化規(guī)律,通過與理論計(jì)算流量對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,得到如下主要結(jié)論:(1)泄流量數(shù)值模擬值與理論計(jì)算值誤差小于5%,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的合理性和有效性。(2)弧形閘門的動(dòng)水壓力隨開度的增加逐漸減小,最大應(yīng)力區(qū)發(fā)生了變化,應(yīng)根據(jù)不同的工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)和加固。(3)開啟瞬間是弧形閘門的最危險(xiǎn)工況,最大變形發(fā)生在面板下部區(qū)格中心,向內(nèi)凹陷;最大等效應(yīng)力發(fā)生在下支臂與橫梁連接處,腹板和翼緣連接位置。(4)在閘門各構(gòu)件的連接處,容易出現(xiàn)應(yīng)力集中,設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?減小應(yīng)力局部增加,例如圓角過渡,增設(shè)加勁板,提高焊縫質(zhì)量等。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV663.2
【圖文】：

（a）有限單元法 （b）有限體積法 （c）邊界元法圖 2-1 數(shù)值計(jì)算離散方法示意圖Fig.2-1 Discrete method of numerical calculation2.2 流固耦合方法2.2.1 強(qiáng)、弱流固耦合依據(jù)求解方式的不同，流固耦合問題可分為：強(qiáng)流固耦合求解和弱流固耦合求解[53]。強(qiáng)流固耦合又稱直接求解法，建立流場、結(jié)構(gòu)位移場以及耦合作用統(tǒng)一的控制方程，在一個(gè)時(shí)間步中同時(shí)進(jìn)行求解。由于結(jié)構(gòu)位移場和流場的數(shù)值方法不同，在耦合分析中采用單一的數(shù)值方法，會(huì)造成計(jì)算難度的增加，同時(shí)，因?yàn)椴捎昧私y(tǒng)一的控制方程，固體和流體的網(wǎng)格在耦合面上網(wǎng)格必須一致，對(duì)網(wǎng)格劃分控制要求較高。因此，該方法在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。弱流固耦合又稱分區(qū)迭代法，單獨(dú)建立流場和結(jié)構(gòu)位移場的控制方程，在一個(gè)時(shí)間步中分別進(jìn)行求解，然后通過耦合面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。該方法通過耦合面實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算域的數(shù)據(jù)傳遞，有一定順序的進(jìn)行多物理場的求解，簡便且適用性強(qiáng)。由于該方法分別對(duì)

2 理論依據(jù)和軟件介紹結(jié)構(gòu)位移場。ANSYS 中單向流固耦合求解流程如圖 2-2 所示。計(jì)算過程中，忽略了結(jié)構(gòu)位移場變化對(duì)流場造成的影響，縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率，對(duì)計(jì)算精度的影響也較小，但在計(jì)算原理上存在一定的誤差，適用于計(jì)算塔吊在風(fēng)力作用下的靜力分析、閥門在不同開度下的應(yīng)力分析、熱交換器的熱應(yīng)力分析等。

構(gòu)位移場變化對(duì)流場造成的影響，縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率，對(duì)計(jì)算精度的影響也較小，但在計(jì)算原理上存在一定的誤差，適用于計(jì)算塔吊在風(fēng)力作用下的靜力分析、閥門在不同開度下的應(yīng)力分析、熱交換器的熱應(yīng)力分析等。圖 2-2 單向流固耦合求解流程Fig.2-2 Process of one-way fluid-solid interaction

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786577