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进水口边界条件是漩涡形成的主要诱因之一,非对称边界进水口在水工建筑物中较为常见,更易产生漩涡,其漩涡特性研究既具理论意义更具实用价值。
本文采取物理模型试验与数值模拟相结合的方法较为详细的研究了非对称边界进水口漩涡特性。建立特殊漩涡试验装置进行物理模型试验,采用观察法和PIV测速系统两种手段研究了对称与非对称边界进水口的漩涡问题。观察法得出了对称和非对称边界条件下临界淹没深度和佛汝德数之间的关系式,非对称边界进水口较对称边界进水口更易于产生漩涡的结论;运用PIV测速系统测量了对称和非对称进水口的流场和涡量场,分析了非对称边界与对称边界进水口漩涡的不同特征,探索了边界条件对漩涡形成的影响以及产生漩涡的流场和涡量场的特征。得出了在相同条件下,非对称边界进水口的最大涡量值小于对称边界进水口的最大涡量值,而非对称边界进水口的环量值较对称边界进水口的环量值大的结论。
应用VOF模型进行了漩涡数值模拟,计算了非对称边界进水口的流场特性。由于漩涡产生和运动的复杂性等原因,没有得到涡结构的细部结构。漩涡数值模拟仍是一个非常困难的问题,需要进一步的研究。
本文首次开展了非对称边界进水口水流漩涡的特性研究,研究方法与研究手段较为新颖,取得了具有创新意义的研究成果,可为以后的研究提供启示和参考。