在对近年来国内外有关闸门水力特性文献分析研究的基础上,本文通过理论分析、物理模型试验、数值模拟计算等研究手段对下卧式闸门的水力特性进行了研究。 通过因次分析,得出了下卧式闸门的流量系数主要受过闸水流的雷诺数、闸门开启角度、闸门相对长度以及过闸水流的相对淹没度的影响;门后通气量主要受上游来流的弗劳德数和门后空腔相对高度的影响。 通过物理模型试验,研究了下卧式闸门的控泄能力、过闸水流作用在下卧式闸门上时均压强的分布规律、脉动压强特性和闸门后通气量及其影响因素。试验结果表明,无论是在自由出流还是在淹没出流工况下,下卧式闸门开启角度对流量系数都有较大影响。闸门开启角度在30°左右时,流量系数存在极大值。在淹没出流工况下,流量系数随着相对淹没度的增大而减小。作用在闸门面板上的动水压强分布不同于静水压强分布,在闸门顶部产生负压区。各种工况下,作用在下卧式闸门上的脉动压强信号都具有较好的平稳性,幅值分布接近正态分布。门后通气设施失效使闸门下游面板上的脉动压强增加约8%。脉动压强频谱分析的结果表明,各测点脉动压强的频率结构基本相似,均属于低频脉动。在各种闸门开启角度下,随着弗劳德数的增大,气水比也逐渐增大,且气水比随着闸门后空腔相对高度的增大而增大。 通过数值模拟计算,分析研究了下卧式闸门在各种工况下,过闸水流的流态、流速分布特性以及作用在闸门面板上时均压强的分布规律。自由出流工况下,水舌落点随着闸门开启角度的变化而变化,在闸门开启角度为90°时,水舌落点接近闸门轴:门后旋涡随闸门开启角度的增大,先增大而后减小。在相同闸门开启角度下,随着下游水位的升高,门后形成的旋涡逐渐增大,产生明显的水跃。在门后不通气的工况下,过闸水流形成贴壁流动,水面线明显贴近闸门下游面板,流速也有所减小。对作用在闸门上时均压力的计算结果与试验实测结果进行了对比,相差不大。