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水闸在实际运行过程中,常常由于流量大、消能不充分等导致闸下游边坡及海漫会有不同程度冲刷破坏,甚至建筑物损坏,直接影响水闸兴利作用和运行的安全。因此,对水闸闸后水流如何有效地消除水流能量进行分析研究显得非常重要,可以通过合理选择消力池结构形式、增加辅助消能工等方法提高消能效果。本文以成子河分洪闸为研究对象,借助水工整体模型试验,对闸下消力池和海漫段消能效果及流态进行观测分析,并采用流体计算软件FLUENT对该分洪闸进行了相关数值计算。采用Gambit软件建立水闸整体数值模型,采用Realizable k-ε紊流模型和VOF法对该分洪闸进行了三维数值模拟。本文的主要研究内容和研究成果如下:(1)依照水工整体模型试验的相似准则,通过正态物理模型试验,观测闸下的水流流态及对下游消能设施、河床冲刷的影响。形成合理可行的消能设计方案,可为水闸建设和管理提供必要依据。(2)通过对水闸单曲线溢流堰消能结构方案模型试验研究,结果表明消力池底板负压较大,二级消力池和海漫斜坡段急流区较长,闸下游水流出现回旋,其消能效果不理想。对试验模型单曲线溢流堰消能结构方案消能措施进行合理优化,并对优化方案进行水力特性模型试验研究。结果表明,模型最终优化布置方案在二级消力池斜坡段合理设置三道消力坎,海漫斜坡合理布置两道消力坎后,其海漫段水流流态平稳,出流能与海漫下游河床良好的衔接。(3)在单曲线溢流堰消能结构优化方案基础上,对水闸模型二级消力池结构进行设计,提出双曲线溢流堰二级消能结构方案,并对该方案模型进行闸下水力特性试验研究,对比分析两种方案试验结果。其结果表明,双曲线溢流堰二级消能结构方案消能效果更为理想。(4)采用Realizable k-ε紊流模型对该分洪闸模型单曲线溢流堰消能结构方案、单曲线溢流堰消能结构最终优化布置方案和双曲线溢流堰消能结构方案进行数值模拟计算。通过对各方案过闸水流的数值模拟,分析流场和压力场分布,计算结果大体与模型试验相吻合。进而对比分析数值计算和模型试验结果,结果表明数值计算结果与试验结果大致相同。