不同阻塞对旋流泄洪洞内空腔旋流的阻塞效应研究

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阻塞复合式内消能是一种在水平旋流泄洪洞内增设阻塞-渐扩设施消能方式,可显著提高水平旋流洞压强,减小内流速,提高消能率,改善洞内空化空蚀条件。本文结合陕西省自然科学基金项目,采用模型试验、数值模拟以及理论分析的方法,对不同阻塞比时的空腔旋流泄洪洞内的水力特性与阻塞效应进行研究,主要成果有:(1)泄流量规律符合有压孔口出流规律,泄流量与阻塞比的一次方成反比关系。阻塞比对起旋器喉口和阻塞孔口流量系数都有影响,起旋器喉口流量系数与阻塞比呈现负相关,阻塞孔口流量系数在较小阻塞比时(m=0.2)为0.2左右,在较大阻塞比(m=0.5)时在0.55左右。(2)在不同阻塞时,压强在各个断面呈现出底部略大的偏心圆分布;阻塞比的变化对阻塞段影响较小,其主要影响水平旋流洞段的压强;压强与阻塞比呈现出正相关,在较小阻塞比(m=0.2)时,其最大压强为122×9.8kPa,较大阻塞比(m=0.5)时,其压强最大值为184×9.8kPa,增压效果明显。(3)断面平均流速在起旋器内有增大趋势,出起旋器后逐渐减小,在阻塞段急剧变大;流速沿径向呈现出从洞壁面到空腔先增大后减小的规律,在水气交界面处有最大值。阻塞比增大,断面流速减小,且阻塞比越大,流速减小的就越快。(4)阻塞比越大,阻塞孔口面积越小,旋流空腔直径越小,旋流角越大,水流旋转越稳定。(5)在较小阻塞比m=0.2时,整个消能工体型的水流空化数较小,大约在0.5~1.0之间,当阻塞比m=0.5时,整个消能工体型的水流空化数都大于2.0,降低了发生空化空蚀的可能性,空化安全性大为提升。(6)不同阻塞比时,总消能率能达到85%以上,能够满足一般泄水建筑物的消能要求,且阻塞比越大,消能率就越大,但阻塞比越大会对泄流量产生不利影响。
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