高水头船闸输水系统布置及应用

根据国内外及长江科学院建院50多年来对高水头船闸输水系统水力学研究成果,对高水头船闸输水系统布置型式及关键部位体型应用进行了简单介绍,给出了适应不同闸室尺度及水头的等惯性输水系统基本型式和优化闸室内船舶停泊条件以及解决输水系统空化问题的关键部位优化体型,提出了通过阀门底缘掺气解决船闸输水反弧门底缘空化从而简化高水头船闸输水阀门段体型的新思路,以及有望应用于超高水头船闸的具有内外消能系统的新型分散输水系统型式,可提供给有关的科研设计工作者参考。     

明渠恒定均匀流机械能损失构成分析

明渠水流机械能损失的确定是水力学乃至工程流体力学中的重要内容。从明渠均质不可压缩液体恒定总流出发,以流体力学中黏性流体运动数学模型为基础,本质上揭示了机械能损失的构成和相互转化关系。成果表明矩形明渠均匀流紊流的机械能损失由时均流速梯度引起的损失与紊动能耗散引起的损失组成,当雷诺数较小时,时均流速梯度引起的损失是机械能损失的主要来源,而雷诺数较大时,紊动能耗散引起的损失是机械能损失的主要来源。在宽浅明渠中,雷诺数约为9.5×10³时,均流速梯度引起的损失和紊动能耗散引起的损失相等。     

适应整体式闸室结构的船闸输水系统研究

采用整体式闸室结构的船闸,闸室宽度较大时需采用左、右侧完全独立的输水系统布置型式,相关规范中经典左、右侧独立的输水系统布置适用于较低水头船闸,若应用于中、高水头船闸则闸室内停泊条件较差,且系缆力难以满足要求.以水头近20 m,闸室平面尺寸达120.0 m×23.0 m的孤山船闸为例,对左、右侧独立的船闸输水系统布置型式...     

三峡船闸四级运行方式优化研究

针对三峡船闸在四级运行方式下,二闸室充水过程中一闸室待闸条件不佳和充水时间超过设计允许值的问题,采用在二闸室充水前关闭一闸首人字门+快速开启阀门的运行方式,并在原型上进行了调试优化.水力学观测、实船试验及分析表明,这一运行方式从根本上改善了一闸室的待闸条件,显著提高了船舶待闸的安全性,并使一、二闸室充水时间缩短到与后续闸室一致,满足了不大于12 min的设计要求,彻底改变了四级运行方式下二闸室充水过程成为延长船舶过闸时间关键的现状,可使日通过闸次由一闸室不待闸的13～14.5次提高到18.7～22.1次.     

大藤峡船闸关键水力学问题研究

大藤峡船闸闸室有效尺寸为280 m×34 m,最高通航水头为40.25 m,是世界上首个水头超过40 m的大型超高水头单级船闸。单级船闸的特性以及闸室规模、工作水头和输水时间要求决定了其单次输水水体、输水最大流量以及进入闸室的能量,超过闸室尺度相近的三峡多级船闸,借鉴三峡船闸输水系统体型的初设方案闸室内船舶停泊条件问题突出。为此开展了1∶30比尺船闸整体模型试验,结合减压及局部模型试验与数模计算,通过输水系统体型创新、输水系统阻力及阻力分配调整和阀门运行方式优选,解决了大藤峡船闸闸室内船舶停泊条件及输水系统水流空化等关键水力学问题。研究获得的新型自分流全闸室出水输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了等惯性输水系统对水头的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。     

银盘船闸输水系统布置型式研究

银盘船闸水头高使得输水阀门及分流口区极易出现水流空化。虽然阀门段和分流口区空化问题在三峡多级船闸中进行过大量的研究,但是因单级船闸泄水时下游水位相对恒定,阀门工作条件极为恶劣;又因银盘船闸下游通航水位变幅大,不能采用阀门浅埋深加自然通气的方法解决空化问题;另受地质等因素限制,阀门埋深又不能太大,使解决阀门段空化问题难度进一步加大。为保证船闸建成后自身及通行船舶的安全,进行了1∶20模型试验,试验发现设计方案阀门段已出现真空负压,分流口压力脉动大。通过对输水阀门运行方式及输水系统布置等进行优化,使阀门段最低时均压力上升至2×9.8 kPa,基本解决了阀门段空化等关键技术问题,为设计提供了科学依据。     

水流流速与泥沙起动概率关系研究

通过对泥沙颗粒在水流中的受力情况的分析,推导出泥沙处于临界起动状态时的近底水流流速。运用概率论的思想,建立其与泥沙起动概率的关系,并根据指数垂线平均流速公式将近底流速转变为容易测量的垂线平均流速,使得泥沙的起动概率可直接通过测量水流速度来确定,为泥沙起动的概率研究提供了一个很好的工具。     

大型超高水头船闸输水系统型式研究与展望

高水头船闸输水水流携带巨大能量,可能对船闸输水系统运行安全及闸室内船舶停泊安全产生危害,选择合理的输水系统型式对保障工程安全至关重要。随着大型超高水头单级船闸——大藤峡船闸的开工建设,研究发现目前已成功运行的输水系统型式不能满足该工程需要,亟需消能效果更好的输水系统。结合大藤峡船闸工程相关研究,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,总结了高水头船闸不同输水系统型式与船闸运行水头和闸室尺度规模的匹配关系,介绍了适应大藤峡船闸工程特点的自分流全闸室出水4区段等惯性输水系统型式,提出了消能效果更好的带内消能工的输水系统新体型,可供类似超高水头大型船闸的设计和研究借鉴。     

兴隆船闸关键水力学问题研究

兴隆船闸采用短廊道输水系统,属集中输水系统布置中的中高水头船闸.船闸规模及一次充泄水水体大,输水时间短,水力指标要求高.对于输水系统出口设置在闸首的船闸,其充、泄水系统出口布置型式以及输水阀门的运行方式直接影响过闸船舶安全.通过1∶30兴隆船闸整体模型,对过闸船舶停泊条件等关键水力学问题进行了专题研究.通过研究提出了能够满足充泄水时间和停泊条件要求的输水阀门运行方式及输水系统布置型式,为兴隆船闸设计提供了科学依据,并可作为其他短廊道输水系统船闸设计参考.     

三峡集团公司领导及专家莅临长江科学院参观指导乌东德截流水工模型试验工作

正2013年12月29日,作为长江勘测规划设计研究院(简称长江设计院)"金沙江乌东德水电站河床截流专题研究"审查会的重要内容之一,三峡集团公司副总经理樊启祥、总工程师张为民、长江水利委员会郑守仁院士等一行专家领导在长江设计院副院长石伯勋和长江科学院副院长汪在芹等的陪同下,参观了水力学研究所乌东德水电站截流1:100水工整体模型试验。水力学研究所副所长周赤为各位专家及领导介绍了模型试验情况和研究成果,并现场模拟了龙口段进占全过程。水力学研究所所长