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竖井螺旋流水力学特性研究

赵灿华  
【摘要】: 近年来,为解决高水头、大流量导流洞改建泄洪洞的技术难题,旋流式竖井泄洪洞逐渐成为研究热点之一。但迄今为止,该技术尚未得到推广应用,其主要原因在于人们对竖井螺旋水流运动特征缺乏足够的了解和深入的研究。本文通过试验研究与理论分析对旋流式竖井泄洪洞应用于高水头、大泄流量情况时存在的一些水力学问题进行了研究和探讨,取得以下主要成果:一、结合小湾工程导流洞改建,对高水头(252m)、大泄流量(1400m~3/s)条件下旋流式竖井中的水流运动特征进行了比较全面的测量,包括空腔形态、径向流速分布及井壁压强等;二、提出了竖井空腔段螺旋水流水力计算方法,其计算结果与实测值吻合良好;三、利用试验与计算结果,对旋流式竖井的消能机理进行了探讨,对竖井各部分的消能能力有了总体认识;四、对竖井下部消力井的合理井深进行了优化试验研究,发现消力井合理深度为0.9D左右;五、通过试验研究,归纳出竖井水流总掺气量估算方法,为导流洞排气方案的设计提供了参考依据;六、在高水头、大流量条件下,竖井空腔段下部流速很高,尽管水流螺旋运动引起的离心力可以确保井壁压强保持正压,但空化数依然较低,因此竖井的空化空蚀始终是工程界关注的重大问题。本文设计了一种适用于近壁区水流掺气浓度测量的方法,对空腔段水流掺气浓度进行初步测量,发现井壁附近水流存在掺气的可能,这对改善水流空化条件能起到积极作用。


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