旋流式豎井渦室水力特性研究.pdf

1、旋流式豎井作為一種新型的內(nèi)消能工，由于其良好的水力特性與高消能率，作為泄洪洞體現(xiàn)了愈來愈高的工程價值，并且其研究越來越受到人們的追捧。目前，對旋流式豎井渦室體型的選擇，主要是依靠流量來進行選擇:圓弧渦室泄流能力較小，適用于流量小于500 m3/s;橢圓曲線渦室泄流能力要大一些，適用于流量小于3000 m3/s。但是，旋流式豎井的流量是與豎井直徑緊密聯(lián)系的，共同影響著旋流式豎井的泄流能力，僅以流量來界定是不準確的;另外，旋流式豎井渦室水面

2、線的計算，暫沒有明確的計算方法，而水面線作為水力學研究的重點之一，在旋流式豎井渦室邊墻高度選擇上起著非常重要的作用。
　　本文采用模型試驗的方法，來研究旋流式豎井渦室的水力特性，對旋流式豎井渦室的流態(tài)、水面線、壓強、流速等水力要素進行測量分析，并且分別以試驗研究以及論證流量管徑數(shù)的方法來研究旋流式豎井渦室體型的選擇標準，另外提出采用劉韓生沖擊波簡化式計算渦室水面線問題。具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
　　(1)栗西溝尾礦庫排洪管是

3、小流量泄洪設施，現(xiàn)有方法不能選定渦室體型，通過水工模型試驗比較了圓弧渦室和橢圓曲線渦室對栗西溝的適用性，表明:a.圓弧形渦室在各種流量下，泄流流態(tài)都不如橢圓曲線渦室，后者各流量狀態(tài)下都能夠形成理想的貼壁螺旋流。b.橢圓曲線渦室體型流態(tài)良好，在加大渦室來流段底坡坡度，可以使渦室過流面積增加，減少壅水發(fā)生的可能性;導流坎可以減小入流與旋轉回流之間的夾角，減輕壅水的作用;能夠形成良好的貼壁旋流流態(tài)，并且不會產(chǎn)生空化空蝕問題，是其適合的渦室體型

4、，并且能為以后小流量的旋流式豎井工程渦室體型選擇提供借鑒。
　　(2)橢圓曲線渦室流態(tài)相對于圓弧渦室流態(tài)更加穩(wěn)定，旋轉效果更好;渦室及其下漸變段內(nèi)皆為正壓情況，因此不會出現(xiàn)負壓，對工程產(chǎn)生影響;渦室及其下漸變段壓強的分布具有明顯的分布特點;渦室水流流速較低，在最大流量22 m3/s下，渦室邊壁流速最大僅為8.54m/s，如此較低的流速保證渦室不會發(fā)生空蝕破壞。
　　(3)栗西溝工程實例計算結果表明，在旋流式豎井渦室水面線計算

5、方面，劉韓生緩沖擊波簡化式相對Ippen沖擊波理論計算精度更高，能夠更加準確的計算渦室水面線。另外，前者較后者，計算過程更加簡單快捷，不需要繁瑣迭代試算過程，更適合實際工程的需要。因此，劉韓生緩沖擊波簡化式能夠比較精確的計算渦室水面線問題，能夠為以后的實際工程提供借鑒。
　　(4)流量管徑數(shù)η能夠非常清晰的描述旋流式豎井的泄流能力，當流量管徑數(shù)η越大，說明旋流式豎井的泄流能力越強;反之亦然。實際工程實例和栗西溝水工模型試驗表明橢圓