恒定有壓擴(kuò)散流局部非穩(wěn)態(tài)流動研究.pdf

1、擴(kuò)散流是水工建筑物中常見的水流現(xiàn)象，如抽水蓄能電站上/下水庫的進(jìn)/出水口、有壓泄水隧洞的出水口等的水流運(yùn)動大多屬此類流動。在一定邊界和較大擴(kuò)散角條件下，擴(kuò)散流在邊壁處將發(fā)生流動分離，一旦擴(kuò)散水流與邊界分離，近邊界處將發(fā)生漩渦運(yùn)動；擴(kuò)散流的主流部分，在漩渦的不穩(wěn)定位移或其它微小的擾動下，將形成不穩(wěn)定的橫向擺動運(yùn)動。在恒定流條件下，擴(kuò)散段內(nèi)主流部分發(fā)生橫向擺動運(yùn)動的現(xiàn)象，我們稱之為局部非穩(wěn)態(tài)流動現(xiàn)象。由于局部非穩(wěn)態(tài)流動發(fā)生的區(qū)域并不局限在邊

2、界附近，因此，對水工構(gòu)造物可能產(chǎn)生的不利影響就較為突出。然而，相對其重要性而言，現(xiàn)今對局部非穩(wěn)態(tài)流動現(xiàn)象的研究，卻極為有限。 針對擴(kuò)散段中存在的局部非穩(wěn)態(tài)流動現(xiàn)象，本文通過模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及理論分析，對其形成條件、產(chǎn)生機(jī)理、運(yùn)動規(guī)律等問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。 (1)某抽水蓄能電站上水庫進(jìn)/出水口模型試驗(yàn)研究。結(jié)合某抽水蓄能電站上水庫進(jìn)/出水口物理模型試驗(yàn)，采用ADV三維流速儀，對抽水工況下進(jìn)/出水口攔污柵處的流速進(jìn)

3、行測量，同時采用頻譜分析，對數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，探討各點(diǎn)流速的特征，揭示了該有壓擴(kuò)散流中存在局部非穩(wěn)態(tài)流動現(xiàn)象。 (2)有壓擴(kuò)散段局部非穩(wěn)態(tài)流動專門試驗(yàn)研究。對不同平面擴(kuò)散角的有壓擴(kuò)散段進(jìn)行試驗(yàn)，研究在一定邊界條件下擴(kuò)散段內(nèi)產(chǎn)生局部非穩(wěn)態(tài)流動現(xiàn)象的運(yùn)動特征。應(yīng)用壁面絲線流動顯示技術(shù)，對其流動過程進(jìn)行觀測研究；應(yīng)用 ADV三維流速儀記錄特征點(diǎn)的流速歷時，對測點(diǎn)流速進(jìn)行分析。探討局部非穩(wěn)態(tài)流動的運(yùn)動規(guī)律、產(chǎn)生機(jī)理及形成條件。

4、(3)有壓擴(kuò)散段局部非穩(wěn)態(tài)流動數(shù)值模擬研究。利用大渦模擬技術(shù)，系統(tǒng)研究了有壓擴(kuò)散段內(nèi)整個流場的變化和發(fā)展情況，并結(jié)合譜分析方法對恒定有壓擴(kuò)散段中的水流流動特性進(jìn)行分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。 (4)有壓擴(kuò)散段局部非穩(wěn)態(tài)流動理論分析。對試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行理論分析，結(jié)果表明，一定邊界條件下擴(kuò)散流主流將與邊壁分離，并在壁面附近形成不穩(wěn)定的漩渦區(qū)。在這些不穩(wěn)定漩渦的影響下，流體的主流部分將隨著漩渦主體韻不規(guī)則運(yùn)動而發(fā)生擺動運(yùn)動，