水平旋流泄洪洞流速場試驗研究.pdf

1、水平旋流泄洪洞具有結構簡單,布置靈活,消能率高的特點,基本上可避免高速水流帶來的許多問題,因此在峽谷高壩建設與導流洞改建為永久式水平旋流內消能泄洪洞的研究中有重要的學術理論意義與實際應用價值。對水平旋流泄洪洞采用激光測速及壁面脈動壓強研究,為掌握其流速分布、脈動流速分布、湍流強度分布及壁面脈動特性都有重要意義,是研究該體型泄洪洞消能機理及消能安全的基礎,因此本論文的研究內容有著重要的意義。本論文通過模型試驗和理論分析,以相關水力物理量的

2、精確量測為基礎,主要研究了水平旋流泄洪洞流速及壁面脈動壓強分布規(guī)律,同時對泄流量規(guī)律、典型流態(tài)的劃分及壁面時均壓強分布規(guī)律進行了試驗研究分析,取得了較深入的研究成果:本文首次采用激光測速儀(LDA)對水平旋流泄洪洞流速進行了測量,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為強迫渦分布,靠近壁面一側為自由渦分布。隨旋流強度沿程的衰減最大值點不斷向管中心移動;隨上

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

4、點頻率也相應地衰減。水平旋流泄洪洞壁面脈動壓強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)研究分析驗證并豐富了水平旋流泄洪洞的基本流態(tài)序列、過渡流態(tài)的特性及臨界水力條件。泄量計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均壓強分布規(guī)律與前人的研究成果相一致,即水平洞壁面壓強隨上下游水位的升高而升高,沿程逐