竖井旋流泄洪洞涡室整流挑坎试验与数值模拟

涡 室 内水 流 流 态 。 对 类似 工源自文库程 设计 具 有 重要 的 参 考 价值 。
关 键 词 ： 井 旋 流 ；整 流 挑 坎 ；涡 室 流 态 ；涡 室 空 腔 竖
中图 法 分 类号 ： Ｖ ３ Ｔ １５
文 献 标 志 码 ：Ａ
竖井 旋流 消能工是 利用水 流旋转并 掺人 大量气 体
第４ ２卷 第 １ １期
２０１ １ 年 ６ 月
人 民 长 江
Ｙ ａ ｇ ｚ Ｒｉ ｅ ｎ ｔｅ ｖ ｒ
Ｖｏ ． ２． ． １４ Ｎｏ １１
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２ ０１１
文 章 编 号 ：０ １ ４ ７ （ ０ １ １ ０ ２ ０ １ ０ — １ ９ ２ １ ） １— ０ ０— ３
作 者 简 介 ： 小燕 ， ， 士研 究 生 ， 钱 女 硕 主要 从 事 水 工 水 力 学 方 面 的研 究。 Ｅ—ｍ ｉ ｘ ｏａ４ ３ １ １６ Ｃｒ ａ ：ｉ ｙｎ７ ９ ＠ ２ ．Ｏ ｌ ａ ｎ
通讯作者 ： 邓 军 ， ， 授 ， 士 。Ｅ—ｍａｌｄｈ ｏ ０ ２ ＳＵ ｅ ｕ ｃ 男 教 博 ｉ：ｊａ２ ０ ＠ Ｃ ． ｄ ． ｎ
试 验 中 ， 流从 引水道 进 入 涡室 的 连接 处 如何 实 现水 水 流的起旋 ， 得水 流贴 壁 、 腔稳 定 ， 为竖 井 旋 流工 使 空 成
程 试 验 研 究 的 一 个 关 键 问题 。 。在 以 往 的 工 程 中往
往采 用在涡 室进 口处 设置挑 坎来 引导水 流 。本 文在前
数值 模 拟 相 结 合 的 方 法 ， 究 了涡 室 进 口 处 整 流 挑 坎 的 体 型 对 涡 室 流 态 的 影 响 ， 出 了一 种 新 的 整 流 挑 研 提
坎 — — 楔 形挑 坎 。试 验 表 明 ， 种 挑 坎 形 式 与 传统 圆弧 挑 坎 相 比 能更 好 地 引 导 涡 室 进 口处 水 流 的起 旋 ， 这 改善
楔形 两种挑 坎布置 的水 流特 性 ， 合提 出 比较 实 用 的 综
挑坎 型式 。
人研 究的基础 上 ， 结合 多诺 竖井旋 流泄洪 洞工程 ， 重点
对 涡 室进 口整 流 挑 坎 的 体 形 进 行 研 究 ， 实 现 水 流 起 以 旋 、 壁 进 入 竖 井 ， 免 水 流 直 接 跌 入 竖 井 底 部 的不 利 贴 避
从 而使水 流紊动 强度 加 大 而 自身 消能 的 一种 消 能工 。 它 由于布 置灵活 、 对地 形 条件 适 应较 强 和 消能 效 果较 好 而得到 推广应 用 。在 竖 井 旋 流 中水 流经 进水 口、 引 水道 进入 涡室 ， 后开 始 旋转 ， 过 锥 形段 进入 竖 井 。 然 通 在竖 井段 ， 流在重 力作用 下贴井 壁做螺 旋运动 ， 水 在竖
要 避 免 回 旋 回 来 的 水 流 与 来 流 发 生 碰 撞 从 而 阻 挡 来 流 ， 使 水 位 壅 高 导 致 水 流 倒 流 回 引 水 道 内 ， 生 回 流 致 产 现 象 。 因 此 ， 般 在 进 口处 设 置 挑 坎 ， 引 导 水 流 顺 利 一 以 进 入 涡 室 并 稳 定 起 旋 。 本 文 通 过 试 验 研 究 了 圆 弧 形 和
１ １ 涡 室进 口处 增 设 圆 弧 形整 流 小 挑 坎 ．
圆弧形挑 坎是 目前大 多类似 竖井旋 流工程 采用 的
挑 坎 型 式 ， 构 形 式 见 图 １ ａ ， ｂ 。 圆 弧 挑 坎 的 设 结 （） （ ）
流态 ， 用数值 模拟辅 助加 以研究 。 并
收 稿 日期 ：０ ｌ—Ｏ ２１ ｌ一２ ５ 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基金 项 目（ ０ ０ ０ ０） 国 ５７ ９ ２
井 中 心 形 成 有 利 于 保 持 流 态 稳 定 的 空 腔 ， 于 水 流 的 由
１ 不 同整 流 小挑 坎 下 涡 室 流 态 特性 试 验
多诺 泄洪 洞 试 验 模 型 由无 压 进 口段 、 平 段 、 上 涡 室、 涡井 、 下平段及 出 口消力池组 成 。试验研 究 了泄洪 洞 涡室进 口在不 同整流 挑坎 的运 行情 况 。试 验模 型 比
尺 为 １３ 。 ：０
在 竖井旋 流泄 洪洞 中 ， 涡室 段采用 切入式进 口 ， 水
强烈紊 动 而 消 能… 。其 中 涡室 是 保 证 竖 井 内水 流 贴 壁和足 够水流 紊动 能 的关键 部 位 ， 室段 包 括起 旋 室 涡 和渐变 锥形段 。水流 经 起旋 室 后形 成 螺旋 流 ， 贴 壁 并
竖井 旋 流泄洪 洞 涡 室整 流挑 坎试 验 与数 值模 拟
钱 小 燕， 邓 军， 叶 林 ， 华 勇 张 陈
（ Ｉ 学 水 力 学 与 山 区河 流 开发 保 护 国家 重 点 实验 室 ， Ｉ 成都 ６ ０ ６ ） 四川 大 四川 １０ ５
摘要 ： 已有 竖 井 旋 流 的研 究 成 果 表 明 ， 室进 口 处水 流 的起 旋 对 整 个 涡 室流 态的 影 响很 大 ， 涡 如何 使 水 流在 进 入 涡 室段 时 能稳 定起 旋 ， 贴 壁 形 成稳 定 空腔 ， 决定 整 个竖 井旋 流 消 能 效 果 的 一 个 关 键 性 因素 。通 过 试 验 与 并 是
顺 流进入 竖井段 。因此 起旋室 内 的流 态好坏 直接决定
整个 竖 井 旋 流 消 能 工 的 消 能 效 果 。在 大 部 分 竖 井 旋 流
流从 引水道进 人 涡室后 ， 离 心力 的作 用 下水 流起 旋 在
贴壁 ， 同时在重 力作 用 下 水 流绕 壁 面 螺旋 而 下 。为 了 保 证从 引水道 出来 的水流在 进入 涡室时 形成稳定 的螺 旋 流 ， 流 的环 向流 速 要 比较 稳 定 ； 水 同时 在 进 口处
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钱 小 燕 ， ： 井旋 流 泄 洪 洞 涡 室整 流 挑 坎 试 验 与数 值 模 拟 等 竖