第二部分-工程水力学 - IAHR中国分会

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水力学与水利信息学进展 2009 可实现对大范围的恒定流或非恒定流流场的实时测量。利用该系统对不同水位情况下的立轴漩涡表面流场情况进行了实时观测 , 对漩涡强度的变化过程进行了较为详细的研究。拱坝水垫塘泄洪洞进口体型设计实验观测区域地形布置泄洪洞图 1 泄洪洞进口模型设计图 3 试验结果及分析 3.1 立轴漩涡形态观测根据前人的研究成果 , 进口淹没水深条件对立轴漩涡的发展变化有很重要的影响 , 因此本次实验重点对不同淹没水深条件下的立轴漩涡形态进行观测。通过试验发现 3# 泄洪洞进口处的立轴漩涡形态比较明显 , 变化过程比较清晰 , 如图 2 所示。泄洪洞的洞径为 15 m, 喇叭口的高度为 25 m, 图中试验结果以水面距泄洪洞底的水深表示 , 下同。如图所示 , 在较低水位情况下 ,3# 泄洪洞进口的水流条件一直比较平稳。水深在 15m-35m ( 相对淹没深度 H/D=1.00~2.33) 之间 , 进口均未出现漩涡 , 而且水流平顺地流入泄洪洞内 , 几乎没有紊动。随着水位的增加 , 水面开始出现波动 , 水面开始形成不规则流动 , 并逐渐开始出现漩涡现象。水深达到 39m(H/D=2.60) 时 , 泄洪洞进口开始出现强度较小的漩涡流动。此时的漩涡为表面漩涡或表面凹漩涡 , 其强度非常小 , 对泄洪洞内流态及泄洪安全基本没有影响。而水位继续升高导致漩涡进一步发展 , 逐渐发展成为染料核漩涡和挟物漩涡。当水深增大至 41m(H/D=2.73) 时 , 泄洪洞进口的立轴漩涡变为强烈的非贯通性漩涡 , 其位置及大小均比较稳定。此时的漩涡为间歇吸气涡 , 该漩涡对进口流态已经产生较大影响 , 同时吸入的气泡对泄洪洞内的流态有较大影响 , 对泄洪洞的泄洪安全也是个威胁。水深增至 47m (H/D=3.13) 时 , 漩涡已经发展成为较稳定的贯通性的漩涡 , 并且随着水深的增加 , 其强度有继续增大的趋势。此时的漩涡能够稳定的吸入气体 , 不仅减小了泄洪洞的泄流量 , 同时吸入的气体能够导致并强化泄洪洞内壁空蚀空化现象。这种类型的漩涡对泄洪洞泄洪安全威胁最大 , 在水利工程中要杜绝出现。 276
第二部分工程水力学 15 m 35 m 39 m 41 m 47 m 55 m 图 2 泄洪洞进口处 (3#) 立轴漩涡变化过程 3.2 立轴漩涡表面流场观测为了研究漩涡强度的变化过程 , 对泄洪洞进口的表面流场进行了测量 , 试验结果如图 3 所示 ( 图中坐标系是基于设计方案中提供的坐标系统 )。 277
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