减小底流闸门的横向流振动：实验与数值研究

本文将实验研究与数值模拟相结合，探索减小具有底流的水工闸门横向流振动的新方法。置于水槽中的矩形闸门截面可在垂直方向自由振动。闸门底部的孔洞使通过闸门的泄漏流能够进入闸门正下方区域，已知该区域在大多数激励机制中起关键作用。在淹没出流且闸门开度较小的条件下，针对有孔和无孔闸门，在折减流速 1.5 < Vr < 10.5 范围内测量了垂直动态支承力。通过孔洞的泄漏流显著减小了振动。这种衰减在 2 < Vr < 3.5 的高刚度区域最为显著。采用有限元方法进行了二维数值模拟，以评估两种闸门类型的局部速度和压力。覆盖固体和流体域的动网格允许闸门自由运动及双向流固耦合。讨论并量化了建模假设与观察到的数值效应。静水中的模拟附加质量与实验值接近。通过改变弹簧刚度和质量因子，在相同的干模态固有频率下实现了与实验相似的响应频率。尽管在相对较低的 Vr 下未能重现由撞击前缘涡 (ILEV) 主导的振动，但在高 Vr 下的模拟显示了具有运动诱导激励 (MIE) 的强烈振动。对于后一种情况，通气闸门的模拟响应衰减与实验结果一致。数值模拟结果表明，泄漏流减弱了与闸门流向压降及物体垂直振荡运动相关的尾缘波动力效应。