複雜邊界條件下泄槽強迫摻氣水流特性研究

《複雜邊界條件下泄槽強迫摻氣水流特性研究》是依託昆明理工大學，由徐一民擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複雜邊界條件下泄槽強迫摻氣水流特性研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：徐一民
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

研究項目主要通過水槽試驗，對泄洪洞、溢流壩等泄水建築物兩順直底坡段間下凸型反弧段以及挑流反弧段這兩種複雜邊界條件下的底部強迫摻氣水流特性進行研究。通過在泄槽反弧段上游底板上布置摻氣坎，進行系統的水槽試驗，研究摻氣坎水流落在反弧段的流態、水流中摻氣濃度的沿程分布、變化規律、影響因素、摻氣空腔積水特性及影響因素，得出反弧段的摻氣水流特性，同時根據水流摻氣濃度沿程變化規律，對反弧段的摻氣減蝕保護長度進行研究；結合紊流數學模型對部分試驗工況進行數值模擬；對試驗資料、數值模擬結果和相關原形資料進行對比分析，最終形成一套關於在反弧段複雜邊界條件下摻氣減蝕的理論、試驗技術、數學模型及工程設計方法，解決工程中摻氣減蝕在複雜邊界條件下的套用難點，使之更好地為高壩工程建設服務。

結題摘要

通過深入的理論分析、系統的物理模型試驗和紊流數值模擬相結合的研究方法，對泄洪洞、溢流壩等泄水建築物兩順直底坡段間下凸型反弧段以及挑流反弧段這兩種複雜邊界條件下的底部強迫摻氣水流特性進行了綜合研究。針對直段泄槽及反弧段複雜邊界條件的泄槽，開展了摻氣坎後通氣孔的尺寸對摻氣空腔尺度的影響研究，得到了不同通氣孔面積在各級流量及不同邊界條件下對空腔尺度的影響規律，獲得了不同條件下產生穩定空腔所需要的通氣孔面積。揭示了反弧段上摻氣空腔積水的機理是在一定的水力及邊界條件下摻氣空腔內之所以產生積水是需要積水水體產生的作用力使水流的動量保持平衡，並研究了摻氣坎體型、尺寸、來流條件及泄槽反弧段半徑等因素對空腔積水的影響，得出了摻氣坎後反弧段上空腔尺度的變化規律及影響因素。提出了摻氣空腔壓強的計算方法、探討了空腔壓強的變化規律及影響因素。直段泄槽與反弧段泄槽底部強迫摻氣水流流態、流速、摻氣空腔形態、壓強及摻氣濃度的變化有明顯的差異，主要受反弧半徑的影響。摻氣坎後挑水舌段、水舌落點附近段及其後泄槽段的摻氣濃度分布規律差異較大，研究得出了來流水力條件、泄槽及摻氣坎邊界條件對摻氣濃度分布影響的相關規律。作為與反弧段試驗的對比，採用實體模型試驗及三維紊流數值模型研究了直段陡坡泄槽摻氣坎後水流摻氣濃度沿程、沿水深的分布，明確了來流水力條件和邊界條件對摻氣濃度分布的影響。通過研究摻氣設施後水流摻氣濃度的分布及衰減規律，得出了試驗模型中滿足臨界免蝕摻氣濃度的直段泄槽、反弧段泄槽的摻氣減蝕保護長度及影響因素。研究方法及成果對複雜邊界條件下摻氣減蝕的進一步研究和套用具有重要的參考和指導意義。