【摘 要】
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通气孔是位于水平旋流内消能泄洪洞起始端的通气设施,其为旋流洞内水流通气,保证形成稳定的空腔旋流,同时对高速水流掺气以减免空蚀。通气孔尺寸决定旋流洞内的通气量与气水比,并影响旋流洞内的流态与掺气减蚀效果;同时,旋流洞通气孔目前尚无明确的设计方法。因此,进行通气孔通气量和气水比规律的研究,对通气孔的尺寸设计和旋流洞的稳定运行,具有重要意义。本文结合国家自然科学基金面上项目“旋流阻塞与旋流扩散复合内消能
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通气孔是位于水平旋流内消能泄洪洞起始端的通气设施,其为旋流洞内水流通气,保证形成稳定的空腔旋流,同时对高速水流掺气以减免空蚀。通气孔尺寸决定旋流洞内的通气量与气水比,并影响旋流洞内的流态与掺气减蚀效果;同时,旋流洞通气孔目前尚无明确的设计方法。因此,进行通气孔通气量和气水比规律的研究,对通气孔的尺寸设计和旋流洞的稳定运行,具有重要意义。本文结合国家自然科学基金面上项目“旋流阻塞与旋流扩散复合内消能工强剪切两相流水力特性研究”进行旋流复合内消能泄洪洞的模型试验,并基于水平旋流内消能泄洪洞水力特性的试验成果,采用量纲分析和理论分析相结合的方法,对不同上下游水位、不同起旋器孔口尺寸、不同通气孔直径和不同旋流阻塞面积条件下旋流洞的通气量与气水比进行了研究,探讨了通气量的影响因素和通气孔的通气机理,结果表明:（1）进口为稳定的淹没状态,旋流洞内会存在自由旋转流、吸吮旋转流及淹没旋转流态三种流态,流态受通气孔通气量、上下游相对水位差（H-h）/h和起旋器孔口水流傅汝德数Frq影响,其中通气孔通气量为主要影响因素。（2）吸吮旋转流和自由旋转流时,通气量傅汝德数frΦ随Frq增大均呈线性增大规律,自由旋转流时变化率较小。增设阻塞后,随阻塞孔口面积减小,且变化率变小。（3）旋流洞中不同流态时,通气孔的通气机理不同。吸吮旋转流态时,通气由通气孔进出口的压强差决定,呈抽吸机理;自由旋转流态时,由空腔旋转流的携气量决定,呈携带机理。（4）吸吮旋转流时,通气孔相对等效作用水头HΦ/H随Frq和（1-pq/ρgH）增大均近似呈指数函数增大规律,随（Ar0/A0）2增大呈近似线性增大规律;自由旋转流时,HΦ/H随Frq和（1-pq/ρgH）增大均呈近似线性增大规律,但与（Ar0/A0）2无相关性规律。（5）吸吮旋转流时,气水比Φt/Q随Frq和（1-pq/ρgH）增大均近似呈指数函数增大规律,随Ar0/A0增大呈近似线性增大规律;自由旋转流时,Φt/Q随Frq和（1-pq/ρgH）增大均呈近似线性增大规律,但与Ar0/A0也无相关性规律。增设阻塞后,随阻塞孔口面积减小,Φt/Q随Frq和（1-pq/ρgH）的变化率增大。（6）给出了通气孔体型的设计方法,并给出具体示例。
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