水平旋流泄洪洞流速場(chǎng)試驗(yàn)研究.pdf

1、水平旋流泄洪洞具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,布置靈活,消能率高的特點(diǎn),基本上可避免高速水流帶來(lái)的許多問(wèn)題,因此在峽谷高壩建設(shè)與導(dǎo)流洞改建為永久式水平旋流內(nèi)消能泄洪洞的研究中有重要的學(xué)術(shù)理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)水平旋流泄洪洞采用激光測(cè)速及壁面脈動(dòng)壓強(qiáng)研究,為掌握其流速分布、脈動(dòng)流速分布、湍流強(qiáng)度分布及壁面脈動(dòng)特性都有重要意義,是研究該體型泄洪洞消能機(jī)理及消能安全的基礎(chǔ),因此本論文的研究?jī)?nèi)容有著重要的意義。本論文通過(guò)模型試驗(yàn)和理論分析,以相關(guān)水力物理量的

2、精確量測(cè)為基礎(chǔ),主要研究了水平旋流泄洪洞流速及壁面脈動(dòng)壓強(qiáng)分布規(guī)律,同時(shí)對(duì)泄流量規(guī)律、典型流態(tài)的劃分及壁面時(shí)均壓強(qiáng)分布規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究分析,取得了較深入的研究成果:本文首次采用激光測(cè)速儀(LDA)對(duì)水平旋流泄洪洞流速進(jìn)行了測(cè)量,研究發(fā)現(xiàn):沿半徑方向軸向流速的分布總體上可以看作為最大值靠近壁面一側(cè)的二次曲線分布;切向流速呈組合渦分布即靠近管中心一側(cè)為強(qiáng)迫渦分布,靠近壁面一側(cè)為自由渦分布。隨旋流強(qiáng)度沿程的衰減最大值點(diǎn)不斷向管中心移動(dòng);隨上

3、游水位的降低及下游水位的升高,切向流速最大值點(diǎn)也不斷向管中心一側(cè)移動(dòng)。同時(shí)還對(duì)脈動(dòng)流速和湍流強(qiáng)度沿徑向、沿程及隨流態(tài)變化的分布規(guī)律進(jìn)行了研究,分析了影響脈動(dòng)流速和湍流強(qiáng)度的主要因素為旋流強(qiáng)度、旋流空腔及壁面不可滑移邊界層。對(duì)水平旋流泄洪洞壁面脈動(dòng)壓強(qiáng)的研究發(fā)現(xiàn),脈動(dòng)壓強(qiáng)主頻在0.03~1.6Hz屬于低頻范圍,與建筑物固有頻率相差甚遠(yuǎn),水流脈動(dòng)不會(huì)與建筑物產(chǎn)生共振;脈動(dòng)能量即脈動(dòng)優(yōu)勢(shì)頻率主要集中在0～20Hz之間。隨旋流強(qiáng)度的衰減沿程各測(cè)

4、點(diǎn)頻率也相應(yīng)地衰減。水平旋流泄洪洞壁面脈動(dòng)壓強(qiáng)振幅概率分布基本上呈現(xiàn)高斯正態(tài)分布;但在水平段首(Z/D=0～4.5)和尾(Z/D=29～水平段出口) Cs、Ce均要略大于理論值。經(jīng)研究分析驗(yàn)證并豐富了水平旋流泄洪洞的基本流態(tài)序列、過(guò)渡流態(tài)的特性及臨界水力條件。泄量計(jì)算公式雖與閘孔出流相同,但流量系數(shù)在不同的流態(tài)區(qū)的變化規(guī)律是不同的。水平旋流泄洪洞壁面時(shí)均壓強(qiáng)分布規(guī)律與前人的研究成果相一致,即水平洞壁面壓強(qiáng)隨上下游水位的升高而升高,沿程逐