非穩(wěn)態(tài)漩渦運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生機(jī)理.pdf

1、非穩(wěn)態(tài)漩渦是水工建筑物中普遍的水流現(xiàn)象。擴(kuò)散流動(dòng)如抽水蓄能電站上下水庫出水口，若擴(kuò)散角度較大，邊壁處會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)分離并在分離區(qū)內(nèi)產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)漩渦運(yùn)動(dòng)，對(duì)水工建筑物造成不利影響比較突出。進(jìn)水非穩(wěn)態(tài)漩渦現(xiàn)象容易在各種水工建筑物如水電站、水泵站、通航船閘、調(diào)節(jié)流量水位的建筑物及核電站的中央應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的集水井等建筑的進(jìn)水口處產(chǎn)生。當(dāng)漩渦轉(zhuǎn)變?yōu)樨炌ㄐ晕鼩怃鰷u時(shí)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生危害。如減少進(jìn)流量、降低流量系數(shù)；引起機(jī)組或結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)；降低機(jī)組效率；

2、卷吸漂浮物、堵塞或損壞攔污柵等。由于非穩(wěn)態(tài)漩渦的不確定性，持續(xù)時(shí)間短，運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，對(duì)模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究均造成較大困難。目前針對(duì)非穩(wěn)態(tài)漩渦運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及成因分析的研究極為有限。因此，本文通過理論分析、模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬對(duì)非穩(wěn)態(tài)漩渦運(yùn)動(dòng)以及產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究。
　　 (1)有壓擴(kuò)散段非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的數(shù)值模擬研究。用大渦模擬方法，系統(tǒng)研究了有壓擴(kuò)散段內(nèi)整個(gè)流場的變化以及發(fā)展情況，結(jié)合譜分析的方法對(duì)有壓擴(kuò)散段內(nèi)水流水力特性進(jìn)行研究。結(jié)

3、果表明，壁面流動(dòng)分離區(qū)產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)漩渦的橫向振蕩誘發(fā)擴(kuò)散段內(nèi)產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，即主流在擴(kuò)散段內(nèi)做非周期性擺動(dòng)。
　　 (2)進(jìn)水非穩(wěn)態(tài)漩渦的試驗(yàn)研究。通過水槽試驗(yàn)，考慮來流邊界的時(shí)均流速分布、紊動(dòng)強(qiáng)度、水面波動(dòng)強(qiáng)度以及進(jìn)水口周邊脈動(dòng)壓力等，對(duì)進(jìn)水非穩(wěn)態(tài)漩渦的特征和影響因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明：進(jìn)水口附近水面非穩(wěn)態(tài)吸氣漩渦數(shù)量的歷時(shí)過程具有和紊流相似的“擬序結(jié)構(gòu)”特性。
　　 (3)進(jìn)水非穩(wěn)態(tài)漩渦數(shù)值模擬研究。采用大渦模擬方法，

4、針對(duì)不同工況水槽流體進(jìn)行計(jì)算，分析不同工況下進(jìn)水口處流場特點(diǎn)，漩渦形態(tài)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律，漩渦結(jié)構(gòu)以及進(jìn)水漩渦影響因素。結(jié)果表明，隨來流紊動(dòng)強(qiáng)度的增大，進(jìn)水口附近漩渦運(yùn)動(dòng)活躍，進(jìn)水口吸氣漩渦數(shù)量增加。對(duì)稱邊界條件以及進(jìn)水口胸墻向上游伸出一段距離均可減少吸氣漩渦現(xiàn)象發(fā)生。
　　 (4)非穩(wěn)態(tài)漩渦形成機(jī)理的理論分析。討論了渦管的扭曲變形對(duì)渦量的影響，并對(duì)實(shí)際流體中側(cè)部和底部孔口的漩渦的拉伸原因作了解釋，依據(jù)紊流復(fù)合渦模型和能量級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，分析