超高水头大型船闸闸室盖板消能三维水力特性数值模拟研究

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作者 陈明 陈玫汀 周领 《水运工程》 2026年第1期146-155,共10页

随着我国内河航运的高速发展,超高水头大型船闸工程日益增多,消能工的性能成为该类船闸设计与运行关注的核心问题之一。以单级水头40.25 m、闸室有效尺寸280 m×34 m(长×宽)的四区段顶部出流盖板消能船闸为研究对象,基于RNG k... 随着我国内河航运的高速发展,超高水头大型船闸工程日益增多,消能工的性能成为该类船闸设计与运行关注的核心问题之一。以单级水头40.25 m、闸室有效尺寸280 m×34 m(长×宽)的四区段顶部出流盖板消能船闸为研究对象,基于RNG k-ε湍流模型与VOF多相流耦合方法,构建输水系统三维湍流数学模型,模拟闸室灌水过程的水力特性,分析闸室三维流场、顶支孔流量分布及盖板消能特性。结果表明,廊道顶支孔以高速射流形式进入闸室;灌水初期,顶支孔射流速度沿纵支廊道进口水流方向递减;当流量超过100 m^(3)/s后,射流速度沿程递增,且各顶支孔射流速度不均匀分布愈发明显,首末出流支孔最大流速比达1.75倍;在盖板的阻挡与消能作用下,顶支孔射流出流速度显著降低,主要能量耗散集中发生于顶支孔与盖板形成的限域空间内。研究成果揭示了盖板结构对顶支孔射流调控与能量耗散的作用机理,可为类似超高水头大型船闸的输水系统设计提供技术参考。 展开更多

关键词 船闸 超高水头 大尺度 盖板消能 数值模拟

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高水头省水船闸输水系统研究

2

作者 夏小迪 罗琳 +5 位作者 汤建宏 冯伟 吴澎 陈祥 王二朋 郝岭 《水运工程》 2026年第4期23-30,共8页

针对目前国内外高水头省水船闸输水系统最高只能满足峰值输水流量近600 m^(3)/s(依托平陆运河马道船闸)时船舶安全过闸的问题,研究如何进一步提高输水系统峰值流量约达1100 m^(3)/s(依托金沙江向家坝船闸),结合德国相关经验,采取压力室... 针对目前国内外高水头省水船闸输水系统最高只能满足峰值输水流量近600 m^(3)/s(依托平陆运河马道船闸)时船舶安全过闸的问题,研究如何进一步提高输水系统峰值流量约达1100 m^(3)/s(依托金沙江向家坝船闸),结合德国相关经验,采取压力室输水系统的型式,相较于平陆马道船闸的闸墙长廊道单侧进水闸底纵支廊道四区段盖板消能型式,压力室输水系统克服了等惯性输水系统“布置复杂、沿程和局部水头损失较大、牺牲输水效率”的缺点,并用数值模拟进行验证。初步研究成果表明,该输水系统能够满足船舶安全过闸的要求。随着我国西部大开发战略的持续推进,崇山峻岭间的通航建筑物水头差将超过60 m,甚至达到100 m以上,压力室输水系统将实现船舶顺利过坝的目标,下阶段还需结合物理模型试验进一步验证其可行性。 展开更多

关键词 平陆运河 金沙江 高水头 省水船闸 输水系统

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软土地基上施工期船闸闸首底板结构响应预测方法研究

3

作者 沈龙清 《水运工程》 2026年第3期109-115,共7页

针对软土地基上船闸闸首施工期结构响应预测精度低和安全预警效率差等问题,进行多因素耦合作用下的闸首底板结构响应预测方法研究。依托某船闸的闸首实例,采用三维有限元模型计算和响应面法,分析相关因素影响闸首底板结构响应指标的作... 针对软土地基上船闸闸首施工期结构响应预测精度低和安全预警效率差等问题,进行多因素耦合作用下的闸首底板结构响应预测方法研究。依托某船闸的闸首实例,采用三维有限元模型计算和响应面法,分析相关因素影响闸首底板结构响应指标的作用机理,构建闸首底板受荷响应预测方程并评估其预测精度。结果表明,各因素主要通过控制复合地基强度、协调变形、荷载重分布和桩-土相互作用机制,显著影响闸首底板的结构响应;预测结果与有限元计算结果整体变化规律一致,误差控制在5%以内,基于响应面法分析的预测方法精度较高,能够有效预测软土地基上施工期船闸闸首底板的结构响应指标。 展开更多

关键词 船闸闸首 软土地基 响应面法 响应预测

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地震波斜入射超高水头船闸闸室地震反应分析

4

作者 刘力侨 曹周红 +3 位作者 李贤 苏颖 陈文杰 袁澳 《武汉大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期592-602,共11页

基于黏弹性边界地震动输入方法,采用ABAQUS软件结合编制程序模拟平面SV波和P波不同斜入射角度,研究超高水头船闸闸室位移、应力及塑性损伤等地震反应。结果表明:SV波斜入射下同侧闸墙各点的相对位移极值随入射角度变化反应规律趋于一致;... 基于黏弹性边界地震动输入方法,采用ABAQUS软件结合编制程序模拟平面SV波和P波不同斜入射角度,研究超高水头船闸闸室位移、应力及塑性损伤等地震反应。结果表明:SV波斜入射下同侧闸墙各点的相对位移极值随入射角度变化反应规律趋于一致;P波斜入射下同侧闸墙各点和左、右闸墙同高程点的相对位移极值大小、主应力极值大小随入射角度增大总体呈先增后减趋势;闸墙临水侧损伤因子沿高程变化整体呈类M形,近波侧闸墙受拉损伤更为严重;SV波斜入射下左、右闸墙拉应力和受拉损伤最大值分别出现在入射角15°、35°,P波斜入射下近波侧闸墙拉应力和受拉损伤最大值出现在入射角45°,应重点关注相对高度为0.20、0.65附近区域的受拉损伤情况。 展开更多

关键词 超高水头船闸 地震波斜入射 地震反应 塑性损伤 黏弹性边界

原文传递

已建船闸运行水头提升的工程措施与效果研究

5

作者 闭锐茂 刘本芹 +2 位作者 王新 李中华 杨红玉 《红水河》 2025年第5期28-35,共8页

为解决下游水位下降导致的已建船闸通航能力不足问题,笔者以国内某运行多年的1000吨级船闸为对象,开展系统性改造研究。通过坝下水位与过闸船型统计分析,明确通航条件恶化的具体表现及船舶大型化趋势。采用数值模拟与物理模型试验,深入... 为解决下游水位下降导致的已建船闸通航能力不足问题,笔者以国内某运行多年的1000吨级船闸为对象,开展系统性改造研究。通过坝下水位与过闸船型统计分析,明确通航条件恶化的具体表现及船舶大型化趋势。采用数值模拟与物理模型试验,深入研究过闸船型、输水水力特性、闸室停泊条件与不同下游水位的适应性,确定水位降低后的船闸水力指标和过闸条件。基于上述分析,提出以优化阀门间歇开启方式为核心的非工程措施,以及结合门楣掺气、门槽体型优化、金属结构升级与水工结构局部加固的综合性工程改造方案。实践应用表明,该系列措施成功将船闸最大运行水头从15.55m提升至17.85m,以较低成本显著提高了通航保证率,形成了一套行之有效的已建船闸增补水头技术体系,可为同类工程改造提供重要参考。 展开更多

关键词 船闸改造 运行水头 工程措施 水力特性 通航保证率

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双线船闸开通闸水流条件模型试验

6

作者 李仪文 周世良 王勤振 《水运工程》 2025年第12期153-160,共8页

针对平原河网水运繁忙地区,船闸通过能力有限过闸船舶常态化拥堵问题,以裕溪双线船闸工程为依托,开展船闸开通闸运行条件模型试验研究,采用二维水动力数值模型,研究水位差、船闸运行方式和节制闸运行方式等关键影响因素对于船闸开通闸... 针对平原河网水运繁忙地区,船闸通过能力有限过闸船舶常态化拥堵问题,以裕溪双线船闸工程为依托,开展船闸开通闸运行条件模型试验研究,采用二维水动力数值模型,研究水位差、船闸运行方式和节制闸运行方式等关键影响因素对于船闸开通闸水流条件的影响规律。试验结果表明:船闸开通闸通航水流条件的控制节点位于上闸首;裕溪枢纽双线船闸开通闸的合理运行水位差不应大于20 cm;开通闸运行条件的营造时间与船闸运行方式有关,船闸尺度越大、线数越多,营造时间越短,一般需要约30 min;在水位差一定的前提下,采用多线船闸及节制闸等同时开启的组合运行方式可以有效改善船闸开通闸通航水流条件,降低船闸内水流流速50%以上。研究成果可供类似船闸工程拟采用开通闸方式提高通过能力时参考借鉴。 展开更多

关键词 船闸开通闸 通航水流条件 上闸首 运行方式 模型试验

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三峡船闸六闸首输水阀门运行方式优化 被引量：1

7

作者 江耀祖 吴英卓 +2 位作者 陈辉 於三大 耿峻 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2013年第8期18-20,共3页

针对三峡船闸五闸室泄水运行中存在的问题,通过数模计算分析和原型调试研究,在维持现有运行方式大体不变的条件下,采用实时监测到的箱涵出口与下游引航道水位差,确定与之相适应的动水关阀小开度控制阀门运行的方法,较好地解决了六闸首... 针对三峡船闸五闸室泄水运行中存在的问题,通过数模计算分析和原型调试研究,在维持现有运行方式大体不变的条件下,采用实时监测到的箱涵出口与下游引航道水位差,确定与之相适应的动水关阀小开度控制阀门运行的方法,较好地解决了六闸首阀门枯水期不能正常关至小开度从而造成闸室超泄偏大和汛期枢纽下泄流量较大时人字门不能按程序正常开启的问题,给出了适应于不同下泄流量下的六闸首阀门动水关闭参数,可保证在通航流量范围内,五闸室泄水时均无须动用辅阀,提高了通航效率。 展开更多

关键词 三峡船闸 六闸首 主阀 辅阀 运行方式

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高水头阀门顶止水抗冲磨与变形特性试验 被引量：4

8

作者 王新 胡亚安 严秀俊 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第A01期349-354,共6页

针对高水头阀门顶止水破坏的主要影响因素,提出三种止水材料配方,设计具有相同条件的试验方法,采用水下棱石法开展止水材料抗冲磨试验;研发阀门顶止水1∶1切片试验装置,制作不同型式阀门顶止水试件,进行止水安装变形特性、不同水头压力... 针对高水头阀门顶止水破坏的主要影响因素,提出三种止水材料配方,设计具有相同条件的试验方法,采用水下棱石法开展止水材料抗冲磨试验;研发阀门顶止水1∶1切片试验装置,制作不同型式阀门顶止水试件,进行止水安装变形特性、不同水头压力变形特性试验。研究表明:止水表面冲磨破坏呈现波纹状特征,随材料硬度增大,止水表面冲磨趋于光滑、抗冲磨性能降低,相对而言,配方2抗冲磨性能略优;随着安装荷载或水头差的增大,止水变形近似线性增大,"半圆头型"止水相对较优;在高水头作用下止水变形较大,在止水现场安装时可考虑适当预留间距,以降低压缩变形及应力。 展开更多

关键词 高水头船闸 阀门 顶止水 材料性能 切片试验

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贵港二线船闸下闸首出口及下游引航道停泊条件研究 被引量：5

9

作者 彭永勤 刘平昌 《水运工程》 北大核心 2015年第10期108-111,共4页

以贵港二线船闸为依托,通过建立1∶30比尺的物理模型,分别对下闸首出口非对称式消能格栅和对称式消能格栅方案下的水流条件和船舶停泊条件进行研究。结果表明,在对称式消能格栅内增设消力槛方案,不仅下引航道水流条件及船舶的停泊条件... 以贵港二线船闸为依托,通过建立1∶30比尺的物理模型,分别对下闸首出口非对称式消能格栅和对称式消能格栅方案下的水流条件和船舶停泊条件进行研究。结果表明,在对称式消能格栅内增设消力槛方案,不仅下引航道水流条件及船舶的停泊条件满足规范要求,而且施工工艺较非对称式消能格栅方案简单,施工难度小,也为以后研究同一类型的船闸下闸首出口水动力学问题奠定了基础。 展开更多

关键词 船闸 下闸首出口 下引航道 水流条件 停泊条件

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中高水头船闸平面阀门设计与工程实践 被引量：4

10

作者 王新 严秀俊 李媛 《水运工程》 北大核心 2019年第10期73-79,共7页

平面输水阀门在中高水头船闸工程中应用逐渐增多,多次突破其通常的应用范围,并取得很好的效果。针对平面阀门在我国中高水头船闸应用中存在的主要技术问题,综合近年来设计、科研和工程实践等方面的成果,就平面阀门在空化、振动、动水启... 平面输水阀门在中高水头船闸工程中应用逐渐增多,多次突破其通常的应用范围,并取得很好的效果。针对平面阀门在我国中高水头船闸应用中存在的主要技术问题,综合近年来设计、科研和工程实践等方面的成果,就平面阀门在空化、振动、动水启闭等问题上取得的进展进行分析。结果表明:门楣自然通气、窄门槽、合理的底缘形式等综合措施很好地解决了阀门段空化问题,双面板结构显著提升了阀门整体刚度、减小了阀门结构的振动响应、改善了阀门的受力状态。 展开更多

关键词 船闸 平面阀门 中高水头 技术进展

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乌江银盘省水船闸整体水力学模型试验研究 被引量：12

11

作者 杨忠超 陈明栋 杨斌 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2010年第2期61-66,共6页

乌江银盘水利枢纽省水船闸是我国第一座按现代省水船闸理念设计的船闸.整体水力学模型试验结果表明,省水船闸方案将实际最大工作水头由36.500 m降至18.250 m,理论省水率可达50%;输水时间、系缆力、阀门门后压力、峰值流量及流量系数等... 乌江银盘水利枢纽省水船闸是我国第一座按现代省水船闸理念设计的船闸.整体水力学模型试验结果表明,省水船闸方案将实际最大工作水头由36.500 m降至18.250 m,理论省水率可达50%;输水时间、系缆力、阀门门后压力、峰值流量及流量系数等船闸输水系统的各项技术指标均满足规范要求.省水船闸方案不仅降低了船闸工作水头,简化了高水头阀门水力学难题,而且达到减少船闸耗水的目的. 展开更多

关键词 省水船闸 输水系统 高水头 省水池 阀门 内河航道

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超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究 被引量：5

12

作者 陈明 陈沿吉 +1 位作者 苗健康 黄海津 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期69-77,共9页

为研究超高水头、大尺度船闸闸底廊道侧支孔输水系统闸室明沟消能特性,以单级水头60 m、有效尺度为280 m×40 m(长×宽)的闸室为研究对象,采用三维紊流数值模拟方法,针对流速、紊动能、剩余比能及流速分布均匀度等参数进行分析... 为研究超高水头、大尺度船闸闸底廊道侧支孔输水系统闸室明沟消能特性,以单级水头60 m、有效尺度为280 m×40 m(长×宽)的闸室为研究对象,采用三维紊流数值模拟方法,针对流速、紊动能、剩余比能及流速分布均匀度等参数进行分析,阐明了双层侧支孔单明沟和单层侧支孔双明沟的消能特性,并对比了两种明沟消能工的消能效果。结果表明:对于双层侧支孔单明沟布置型式,垂向间距d与支孔面积平方根D之比由d/D=2.29增加至5.71的过程中,消能效果先变优后变差,当d/D=3.43时可达到较佳的消能效果;双明沟型式考虑合理的宽度(单个明沟宽度b与支孔面积平方根D之比b/D=2.71)后,相比双层侧支孔单明沟型式,消能效果更佳。研究结果可为类似船闸的消能工设计提供技术支撑。 展开更多

关键词 船闸 超高水头 大尺度 明沟 消能特性

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颍上复线船闸下闸首结构内力主要影响因子分析 被引量：1

13

作者 方诗圣 苑敬舜 阚延炬 《水力发电》 北大核心 2015年第4期36-38,42,共4页

基于颍上复线船闸工程,考虑船闸闸首与回填土的接触,讨论了船闸闸首结构设计安全性、稳定性和合理性的影响因子,采用ANSYS有限元软件建立了船闸下闸首三维有限元模型,并采用单因素分析法,探讨了影响因子对船闸闸首结构应力及位移的影响... 基于颍上复线船闸工程,考虑船闸闸首与回填土的接触,讨论了船闸闸首结构设计安全性、稳定性和合理性的影响因子,采用ANSYS有限元软件建立了船闸下闸首三维有限元模型,并采用单因素分析法,探讨了影响因子对船闸闸首结构应力及位移的影响。结果表明,随着回填土的内摩擦角的增加,回填土沉降位移和摩擦滑移位移均在减小,边墩位移在增大;闸墩与回填土接触应力和闸首应力在减小。所得结论可为今后船闸设计提供一定参考。 展开更多

关键词 船闸 闸首结构 有限元分析 影响因子 内力

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厚覆盖层高水头船闸闸室-省水池布置及地基处理方法 被引量：4

14

作者 何良德 王航 +2 位作者 黄挺 庄宁 耿卓 《水运工程》 北大核心 2022年第3期71-77,共7页

京杭运河穿黄工程场地覆盖层深厚,上跨方案的渡槽水位与两岸地面高差达30 m以上。针对渡槽两端的高水头船闸多级分散错层式省水池,提出了墙背高填式、墙背低填式两种闸池布置方案。利用ABAQUS软件分别建立平面有限元模型,研究了闸池沉... 京杭运河穿黄工程场地覆盖层深厚,上跨方案的渡槽水位与两岸地面高差达30 m以上。针对渡槽两端的高水头船闸多级分散错层式省水池,提出了墙背高填式、墙背低填式两种闸池布置方案。利用ABAQUS软件分别建立平面有限元模型,研究了闸池沉降、闸室底板弯矩在施工期、使用期的全过程时空变化特征,探讨了高填土对闸室的作用机理。结果表明:1)在天然地基条件下,两种布置方案闸池沉降均较大,墙背高填土下曳力、边载产生底板负弯矩,基本上抵消了土压力产生的正弯矩,导致两种方案底板弯矩差异不大,且始终由负弯矩控制。2)地基处理方法是减小闸池沉降、改善闸室受力条件的关键技术问题之一。3)闸室、墙背填土的多桩型组合处理法和基坑外填土的排水固结预压法值得进一步深化研究。 展开更多

关键词 穿黄工程 高水头 省水船闸 覆盖层 闸池布置 地基处理

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船闸输水基本方程的应用 被引量：5

15

作者 孟祥玮 周华兴 高学平 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2008年第10期45-47,共3页

根据总流非恒定流的能量方程推导了船闸输水基本方程,对某船闸灌水过程进行了数值模拟。由于输水系统存在惯性,在灌水后期闸室水位出现反向水头即超高,当闸室水位从最大超高开始下降,水体从闸室流向引航道,此时,基本方程中水头损失项必... 根据总流非恒定流的能量方程推导了船闸输水基本方程,对某船闸灌水过程进行了数值模拟。由于输水系统存在惯性,在灌水后期闸室水位出现反向水头即超高,当闸室水位从最大超高开始下降,水体从闸室流向引航道,此时,基本方程中水头损失项必须取与阀门处流速相同的符号。建议在相关规范修订时,将船闸输水基本方程改为文中推荐的公式,以便于应用。 展开更多

关键词 船闸 输水系统 非恒定流 基本方程 水头损失 惯性水头

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高水头省水船闸水工结构及输水系统研究 被引量：5

16

作者 张丽媛 汤建宏 《水运工程》 北大核心 2016年第10期146-151,共6页

长江上游地区水头高、流速快、水位变幅大,对通航建筑物提出了较高的要求,采用升船机形式较难解决运量小、高地震烈度对塔柱的横向位移要求等问题;多级船闸形式又面临耗水量巨大、下游引航道流态不佳等问题。省水船闸是解决上述问题的... 长江上游地区水头高、流速快、水位变幅大,对通航建筑物提出了较高的要求,采用升船机形式较难解决运量小、高地震烈度对塔柱的横向位移要求等问题;多级船闸形式又面临耗水量巨大、下游引航道流态不佳等问题。省水船闸是解决上述问题的有效结构形式,但在我国的应用经验较为有限。以三峡新通道工程为依托,从省水船闸的工作原理出发,分别对结构选型、省水池布置、结构高程及尺度确定、输水系统的计算流程和参数确定方法等关键问题进行研究,并通过结构核算、输水效率、省水量3个方面说明省水船闸方案的可行性及其相对于梯级船闸的优越性。 展开更多

关键词 省水船闸 水工结构 输水系统 高水头

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犍为船闸输水反弧门廊道非恒定流水力特性研究 被引量：7

17

作者 严秀俊 陈林 +3 位作者 王敬鹏 吴礼国 李泳龙 徐红 《水运工程》 北大核心 2021年第12期21-27,共7页

船闸输水阀门段动水荷载是高水头船闸设计中关键的技术难题。以犍为船闸输水反弧门“平底+顶部渐扩”的廊道非恒定流常压模型为依托,重点研究阀门段动水压力特性、启闭力特性,动水关闭工况下阀门段廊道水动力荷载、开启速率及作用水头... 船闸输水阀门段动水荷载是高水头船闸设计中关键的技术难题。以犍为船闸输水反弧门“平底+顶部渐扩”的廊道非恒定流常压模型为依托,重点研究阀门段动水压力特性、启闭力特性,动水关闭工况下阀门段廊道水动力荷载、开启速率及作用水头对水动力荷载及启闭力特性的影响。综合分析阀门结构体系、门后动水荷载、启闭力特性、防空化效果等因素,犍为船闸阀门不会发生有害的流激振动。 展开更多

关键词 平底+顶部渐扩 水动力荷载 开启速率 作用水头 启闭力 犍为船闸

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三峡升船机上闸首闸顶排架的抗震分析

18

作者 张燎军 陈和群 朱虹 《世界地震工程》 CSCD 2001年第1期115-119,共5页

通过对地震波输入方式进行研究，讨论了排架柱在地震荷载作用下的计算模型及分析方法，得出了一些有用的结论。

关键词 升船机闸首 地震波 排架 抗震分析 计算模型 刚度

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高水头船闸阀后突扩体升坎形式优化

19

作者 张志崇 胡亚安 +1 位作者 严秀俊 薛淑 《水运工程》 北大核心 2018年第9期91-95,111,共6页

针对船闸输水阀门后突扩廊道的水力学问题,以银盘船闸为依托,建立比尺为1∶10的泄水阀门段物理模型,对突扩体升坎形式进行优化。通过非恒定流物理模型试验,对比研究了6种突扩廊道升坎形式的动水压力特性,探讨升坎形式对突扩廊道水动力... 针对船闸输水阀门后突扩廊道的水力学问题,以银盘船闸为依托,建立比尺为1∶10的泄水阀门段物理模型,对突扩体升坎形式进行优化。通过非恒定流物理模型试验,对比研究了6种突扩廊道升坎形式的动水压力特性,探讨升坎形式对突扩廊道水动力荷载特性的影响,并提出了最优升坎形式。研究成果对高水头船闸阀门段廊道体形的优化设计具有一定的指导意义,可为其提供理论依据和技术支撑。 展开更多

关键词 高水头船闸 物理模型试验 升坎体形 水动力特性

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昭平水电站船闸槛下分散输水系统水力特性研究 被引量：1

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作者 王溥文 宗慕伟 《广西水利水电》 1999年第B12期24-30,共7页

途述了我国第一座采用槛下闸底廊道二区段出水的分散输水系统船闸———广西昭平电站船闸 (水头 2 0m ,闸室有效尺寸为 6 0m× 8m× 1 5m) 1∶2 0输水系统水工整体模型及 1∶16阀门段减压模型试验成果 ,并对闸室输水水力特性及... 途述了我国第一座采用槛下闸底廊道二区段出水的分散输水系统船闸———广西昭平电站船闸 (水头 2 0m ,闸室有效尺寸为 6 0m× 8m× 1 5m) 1∶2 0输水系统水工整体模型及 1∶16阀门段减压模型试验成果 ,并对闸室输水水力特性及船舶停泊条件、空腹式输水阀门廊道段的水力特性 ,包括阀门的阻力系数、收缩系数、阀门后水流收缩断面的最低压力以及阀门的空化特性和减免空蚀措施等方面作了介绍。原型运转表明 。 展开更多

关键词 高水头船闸 槛下分段输水系统 水力特性 水电站

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