人字闸门动态运行特性模拟及数值分析.pdfVIP

第40卷第7期水电能源科学Vol.40No.7

2022年7月WaterResourcesandPowerJul.2022

DOI:10.20040/j.cnki.1000-7709.2022.

人字闸门动态运行特性模拟及数值分析

徐翔心，2,李忠凯Gib,赵美云,lb,2,张杰la,lb,范兴聪la,lb

(1.三峡大学a.机械与动力学院；b.水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，湖北宜昌443002；

2.河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室，河南洛阳471023)

摘要：人字闸门的疲劳损伤、底枢的摩擦磨损均与闸门门体的承载情况密切相关，然而现有的理论公式只能

得到闸门静态载荷下的受力规律，为此以葛洲坝*2闸门为例，利用Fluent软件，构建了闸门一空气一水三维

模型，模拟了间门动态运行，得到了闸门在开、关门阶段的流场分布和受力情况，对比发现数值计算结果与静

态计算结果差异较大，在此基础上探讨了闸室水深、开启速度对闸门所受阻力的影响。结果表明，由于涌浪的

准周期性变化及闸门的连水质量，导致闸门泊动态受力平均值约为理论计算数值的1/2,但最犬受力约为理

论计算结果的2倍；由于闸室的约束作用及水流方向，闸门开启载荷远大于关闭载荷；闸室水深、开宕速度时

增加将导致闸门阻力的增加，最大开启平均值为9205N,峰值达到352223N。

关键词：人字闸门；动态运行；模拟；数值分析；Fluent

中图分类号：TV3文献标志码：A文章编号：1000-7709(2022)07-0213-04

程动水阻力矩变化规律；邢怡芳⑺根据相应设计

1引言规范理论计算了露顶式闸门的波浪压力载荷影

响；HUSSAMNMAHMOUD等⑷通过闸门门

人字闸门是一种大型船闸普遍采用的用于承体的有限元数值计算和理论解析对人字门疲劳和

受单方向水压力的常见闸门形式E。近年来，随断裂寿命周期进行了评估；徐翔等⑹在人字闸门

着国民经济的高速发展，通过各船闸的客、货运量底枢的摩擦磨损研究中，也对闸门的受力进行了

日益提高，船闸的运行更加频繁，导致门体因疲劳简要分析。根据查阅的资料，人字闸门的受力大

破坏而产生裂纹、底枢产生磨损，从而影响航运的多是基于规范要求和经验公式，对其动态运行的

正常进行。目前，关于人字闸门受力方面的研究承载问题尚不清楚，从而导致对门体破裂和底枢

已较多，如黄先北等⑵以垂直平面闸门为例，利用磨损的理论依据不够充分。为此，本文分析了人

Fluent开展了闸门开启受力分析、数值预测及实字闸门稳态条件下的受力计算公式，并以葛洲

测验证等研究；ADAYILMAZ等⑷根据试验和坝*2人字闸门为例，利用Fluent软件，选用典型

数字视频计算出弹性垂直平面闸门的位移和各点工况进行建模和仿真分析，最后在该方法基础上,

的水位变化；王辉⑷采用ANSYS软件建立了潜分析了闸门运行过程中的受力规律及其影响因素。

孔式平面定轮钢闸门流固耦合模型，针对水流冲

击和水下爆炸载荷提出了闸门结构流固耦合分析2理论分析

方法；郭星锐等皈在相似理论的基础上，通过试验

研究了弧形闸门的应力响应和加速度响应特性；计算流体力学软件常采用Navier-Stokes方程