垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

摘要：

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势.梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同.为明晰其水力特性,在边坡系数为 1.5、1.75 和 2 的典型梯形渠道上开展了 186 组模型试验,重点分析了闸门开度 e、闸前水深 H0 等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法.结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈"驼峰"状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关.当流量和闸门相对开度分别增大 1 倍时,驼峰距闸门的距离分别由 3.6e、8.2e变化为 6.0e、3.3e,驼峰高度由 1.5e、3.0e变化为 2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由 15.0e、33.0e变化为 34.0e、17.0e.收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接.流量系数公式相对误差平均值为 2.17%,其中相对误差小于 6%的数据占比为 96.3%,总体精度较好.研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考.

关键词：梯形闸门、自由出流、流量、流量系数

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分类号：TV131(水利工程基础科学)

资助基金：新疆维吾尔自治区自然科学基金;新疆水利工程安全与水灾害防治自治区重点实验室开放课题

在线出版日期：2023-07-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：677-685,695