第二部分-工程水力学 - IAHR中国分会

第 二 部 分 工 程 水 力 学
对 于 经 典 的 兰 肯 (Rankine) 涡 模 型 , 该 式 可 以 写 为 :
G = ò u × dL
(1)
L
G = 2pr
u
(2)
0
其 中 ,r 0 为 漩 涡 中 心 部 分 的 半 径 ,u 0 为 边 缘 速 度 。
本 次 试 验 中 , 对 不 同 淹 没 深 度 下 的 流 场 结 果 进 行 分 析 计 算 , 可 以 得 到 漩 涡 通 量 随 淹 没 深
度 的 变 化 过 程 , 如 图 4 所 示 。
0
速 度 环 量 Г/m 2 •s -1
40
35
30
25
20
15
10
5
0
速 度 环 量 Г
40 42 44 46 48 50 52 54 56
淹 没 水 深 /m
图 4 泄 洪 洞 进 口 漩 涡 速 度 环 量 变 化 过 程
由 图 可 知 , 随 着 淹 没 水 深 的 不 断 升 高 , 立 轴 漩 涡 的 速 度 环 量 也 逐 渐 增 加 , 这 也 表 明 了 漩
涡 强 度 逐 渐 增 强 的 趋 势 。 由 前 面 的 试 验 结 果 可 知 , 当 淹 没 水 深 较 小 (H/D=1.00~2.33) 时 ,
进 口 没 有 漩 涡 出 现 , 水 流 入 流 比 较 平 顺 , 其 速 度 环 量 几 乎 为 零 。 随 着 淹 没 水 深 增 加 , 开 始 出
现 微 弱 的 表 面 漩 涡 或 表 面 凹 漩 涡 。 然 而 在 淹 没 水 深 低 于 41 m(H/D=2.73) 时 , 进 口 水 面 紊
动 并 不 是 特 别 强 烈 , 漩 涡 强 度 较 小 , 其 速 度 环 量 可 以 忽 略 不 计 。 当 淹 没 水 深 继 续 增 加 , 进 口
的 漩 涡 发 展 成 为 较 为 强 烈 的 非 贯 通 性 漩 涡 , 其 速 度 环 量 超 过 10 m 2 /s。 此 时 的 速 度 环 量 虽 然
不 是 很 大 , 但 却 应 该 引 起 注 意 。 在 淹 没 深 度 继 续 升 高 的 情 况 下 , 进 口 处 的 立 轴 漩 涡 进 一 步 发
展 , 强 度 逐 渐 增 强 , 同 时 速 度 环 量 也 不 断 增 大 。 本 次 试 验 中 , 速 度 环 量 最 大 增 至 35 m 2 /s 左 右 ,
此 时 的 漩 涡 已 经 得 到 了 充 分 的 发 展 , 为 强 烈 的 贯 通 性 漩 涡 。
在 本 文 的 试 验 中 , 模 型 为 大 型 整 体 水 工 模 型 , 其 泄 洪 洞 进 口 的 雷 诺 数 及 韦 伯 数 都 已 经 足
够 大 了 , 可 以 不 用 考 虑 其 对 试 验 结 果 的 影 响 。 因 此 在 本 模 型 中 淹 没 水 深 是 立 轴 漩 涡 产 生 及 发
展 最 主 要 的 影 响 因 素 , 本 文 试 验 中 也 重 点 对 不 同 淹 没 水 深 情 况 下 进 行 了 试 验 观 测 。 试 验 结 果
表 明 , 不 同 的 淹 没 水 深 情 况 下 立 轴 漩 涡 的 形 态 及 强 度 都 各 不 相 同 : 淹 没 水 深 越 高 , 进 口 立 轴
漩 涡 越 明 显 , 漩 涡 强 度 越 大 , 相 应 的 漩 涡 速 度 环 量 也 越 大 。
4 结 论
本 文 在 泄 洪 洞 水 工 模 型 上 , 对 不 同 淹 没 水 深 情 况 下 的 立 轴 漩 涡 现 象 进 行 了 试 验 观 测 。 通
过 对 立 轴 漩 涡 形 态 的 观 测 , 对 立 轴 漩 涡 的 产 生 发 展 有 了 一 个 比 较 清 晰 的 认 识 。 相 对 淹 没 深 度
为 2.60 时 进 口 前 开 始 出 现 漩 涡 流 动 , 而 相 对 淹 没 深 度 为 2.73 时 开 始 出 现 稳 定 的 非 贯 通 性 漩
涡 。 同 时 , 本 文 利 用 PIV 速 度 测 量 系 统 对 进 口 前 立 轴 漩 涡 表 面 流 场 情 况 进 行 了 观 测 , 其 结
果 与 立 轴 漩 涡 的 形 态 观 测 是 一 致 的 。 通 过 对 漩 涡 速 度 环 量 的 计 算 , 对 立 轴 漩 涡 的 强 度 变 化 过
程 有 了 较 详 细 的 了 解 。 淹 没 水 深 超 过 2.73 时 , 进 口 非 贯 通 性 漩 涡 的 速 度 环 量 超 过 了 10 m 2 /s
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