本文由 Gwenaël CHEVALLET、Chloé CHENE、Antoine HALBARDIER 和 Franck RANGOGNIO，BRL工程師提供。

BRL Ingénierie 在大型液壓基礎設施方面擁有 60 多年的經驗，是法國這一領域的領先公司。

建模前提

船閘的設計和相關的操作及管理是十分複雜的問題，在解決過程中通常使用以下方法：

• 實施起來可能很費力的縮放物理模型；
• 針對特定問題與計算相結合的經驗方法；
• 一維瞬態水力研究來驗證是否符合平均速度、吃水線坡度和船閘定時間標準；
• 填充和排空閥門元件的 3D 穩態液壓模型；
• 系泊問題的圖表或簡化計算方法；
• 運營商反饋。

BRL ingénierie 團隊在此項目中使用瞬態 3D CFD 水力分析並結合 CFD 軟體FLOW-3D滿足這些建模需求。

方法

塞納河Méricourt船閘的翻新和擴建項目旨在重建現有的船閘，因為它們呈現出明顯的結構混亂，特別是船閘牆通過處的變形。該站點目前擁有兩個平行的功能船閘，一個具有160m容量的船閘室，另一個具有185m容量的船閘室。作為該項目範圍的一部分，客戶（Voies Navigables de France, VNF）旨在實現以下目標：

• 延長 160m 船閘以標準化船閘的容量，從而保護導航軸。此擴展將導致填充和排空量的增加；
• 安裝浮動護柱以替換現有的固定護柱；
• 更換下游閥門部件（2 個渡槽更換為 18 個閥門）；
• 隨著客戶提出需求進行不斷改變，即保持鎖定時間接近當前的 15 分鐘，同時符合每個系柱 250 至 300kN（25 至 30 噸）的最大力限制。

此處介紹的模型適用於船閘號。1 (L=185m, W=17m) 包括：

• 3D CAD 船閘幾何；
• 模流分析仿真工具FLOW-3D 瞬態 3D 水力模型，能夠模擬流動的多數複雜特性（靜止流、渦流、空氣夾帶、空化、水錘等）；
• FLOW-3D中的規定和耦合移動對象建模；耦合到流體：Grand Rhénan 型船（ECMT 級 Va，L=110 m，w =11.4 m，容量 1500 至 3000 噸）浮動護柱根據管理指令規定上游渡槽閘門或下游閥門的運動。
• 將船隻連接到繫船柱的系泊模塊；
• 船與船閘壁之間的碰撞模塊。

結果

只要設置了邊界條件（前灣和後灣水位）並選擇了船舶的特性和系泊計劃，實施的模型能夠對以下條件進行詳細評估：

• 給定管理指令的填充或排空循環的持續時間；
• 氣閘中流動的 3D 水力條件（主要是速度分布）；
• 在填充或排空循環期間系柱中傳遞的力。

根據模擬結果，可以優化填充或排空管理指令，以便：

• 確保符合護柱中的最大力；
• 儘量減少鎖定時間的持續時間（大約 10 到 11 分鐘），同時尊重閥門組件的材料限制（特別是油路泵的運行速度範圍）。

結論

流體動力學軟體FLOW-3D 使評估與使用單個工具鎖定相關的設計和優化策略（排空/填充時間、液壓負載、船上的力和浮動系柱上的力等）成為可能。 這是一種實踐的進步，這種方法適用於所有類型的船閘和所有類型的船隻。

迄今為止進行的建模結果特別令人滿意，並且與使用圖表、簡化方法或基於操作員反饋的所有數量級計算保持一致（排空/填充規律、閥門的流量係數、系柱上的最大力、 ETC。）。

關於系柱上的力（基本尺寸參數），結果顯然與填充計劃、系泊線的自由長度及其剛度以及一般系泊計劃（系泊線的數量和位置）詳細參數有關，這些都包含在流體仿真分析軟體FLOW-3D模型中。

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