平面鋼閘門作為水工建筑物的重要組成部分,廣泛應(yīng)用于各種水利工程。近些年來,高水頭、大流量電站不斷興建,對平面鋼閘門運(yùn)行的安全性和可靠性也提出了更高的要求。平面鋼閘門的振動問題會直接影響其安全運(yùn)行,極端情況下會導(dǎo)致平面鋼閘門破壞,造成嚴(yán)重的安全事故。平面鋼閘門振動的內(nèi)因是其自振特性,外因則是過閘水流引起的脈動壓力和負(fù)壓的存在。作為直接過流面,流道中平面鋼閘門底部的流速最大,其底部結(jié)構(gòu)型式也會對過閘水流流態(tài)產(chǎn)生比較大的影響。本文以上、下游有壓條件下的平面鋼閘門為主要研究對象,參照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條款,分別設(shè)置了四組閘門底緣結(jié)構(gòu)型式。首先利用Fluent進(jìn)行二維流場數(shù)值模擬,然后利用Ansys Workbench平臺,進(jìn)行三維單向流固耦合數(shù)值模擬。本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)利用ICEM建立二維平面閘門過流模型并進(jìn)行前處理,基于Fluent對四組閘門進(jìn)行二維流場數(shù)值模擬,計(jì)算得到流場的速度矢量、脈動壓力等參數(shù),初步分析了具有不同底緣型式的閘門對過閘水流特性的影響。(2)基于Ansys Workbench平臺,建立四組具有不同的底緣型式的閘門,分別設(shè)置兩種運(yùn)行工況,進(jìn)行三維單向流固耦合數(shù)值模擬。流場部分驗(yàn)證二維流場模擬的部分結(jié)果,結(jié)構(gòu)分析部分通過對四組閘門在兩種工況下的數(shù)值計(jì)算,對閘門結(jié)構(gòu)的各個(gè)方向的變形量、應(yīng)力分布和各平面剪應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)與分析。(3)通過上述二維流場分析和三維單向流固耦合數(shù)值模擬,對比分析了不同閘門底緣結(jié)構(gòu)型式對過閘水流的影響;通過設(shè)定相同的運(yùn)行工況,對比了不同閘門底緣結(jié)構(gòu)的變形情況與應(yīng)力分布情況,結(jié)合強(qiáng)度理論,對具有不同底緣結(jié)構(gòu)的閘門進(jìn)行了分析;通過設(shè)置不同的運(yùn)行工況,得出了入口速度增大時(shí),閘門的變形和應(yīng)力的變化規(guī)律。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV663
【部分圖文】：

埋設(shè)部分通常在一期混凝土澆筑時(shí)進(jìn)行預(yù)埋進(jìn)行二期混凝土的澆筑鋼閘門的設(shè)計(jì)：在收集和分析相關(guān)資料的基礎(chǔ)上要求和經(jīng)濟(jì)效益，確定，必要時(shí)可以進(jìn)行數(shù)值模擬或模型試驗(yàn)，如采用雙主梁還是多主梁構(gòu)布置確定后，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算鋼閘門底緣結(jié)構(gòu)作為平面鋼閘門的水力條件過流條件差，過閘水流容易啟閉力增大和平面鋼閘門緣結(jié)構(gòu)型式在平面鋼閘門程實(shí)踐中，平面鋼閘門緣和僅有前傾角底緣埋設(shè)部分通常在一期混凝土澆筑時(shí)進(jìn)行預(yù)埋，在平面鋼閘進(jìn)行二期混凝土的澆筑，確保平面鋼閘門的基礎(chǔ)牢固。在收集和分析相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合樞紐布置情確定平面鋼閘門和啟閉機(jī)的型式。對于大中型水必要時(shí)可以進(jìn)行數(shù)值模擬或模型試驗(yàn)。對于平面鋼閘門而言如采用雙主梁還是多主梁、滑道還是滾輪、止水型式、埋件布置需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，制定安裝工藝方案等[2]。底緣結(jié)構(gòu)作為平面鋼閘門設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作的水力條件。平面鋼閘門底緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會直接導(dǎo)過閘水流容易出現(xiàn)負(fù)壓、脫流和空蝕破壞等情況平面鋼閘門振動，威脅平面鋼閘門運(yùn)行的安全與平面鋼閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合工程實(shí)際選擇。平面鋼閘門底緣的型式有：平底式底緣、僅有后傾角底4 種型式[3]。詳見圖 1.1。平面鋼閘結(jié)合樞紐布置情對于大中型水而言，要埋件布置工作，其底緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會直接導(dǎo)等情況，進(jìn)運(yùn)行的安全與可靠。僅有后傾角底

3.1 第二組閘門底緣結(jié)構(gòu)橫截面示意劃分立二維幾何模型，并進(jìn)行流體域網(wǎng)分，對于四邊形網(wǎng)格，本文采行評價(jià)，網(wǎng)格質(zhì)量均大于 0.95，能后，需要進(jìn)行網(wǎng)格編輯，對閘門一組二維模型示意圖。圖 3.2 平面鋼閘門二維模型示意圖析

圖 3.1 第二組閘門底緣結(jié)構(gòu)橫截面示意圖 建立模型與網(wǎng)格劃分 ICEM 平臺分別建立二維幾何模型，并進(jìn)行流體域網(wǎng)格劃分等前處理用四邊形網(wǎng)格劃分，對于四邊形網(wǎng)格，本文采用網(wǎng)格質(zhì)量采用minant 2*2*2）進(jìn)行評價(jià)，網(wǎng)格質(zhì)量均大于 0.95，能夠滿足計(jì)算要求精度，在網(wǎng)格生成后，需要進(jìn)行網(wǎng)格編輯，對閘門底部的網(wǎng)格參數(shù)進(jìn)圖 3.2 為所建立的第一組二維模型示意圖。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2808750