水平旋流泄洪洞具有结构简单,布置灵活,消能率高的特点,基本上可避免高速水流带来的许多问题,因此在峡谷高坝建设与导流洞改建为永久式水平旋流内消能泄洪洞的研究中有重要的学术理论意义与实际应用价值。对水平旋流泄洪洞采用激光测速及壁面脉动压强研究,为掌握其流速分布、脉动流速分布、湍流强度分布及壁面脉动特性都有重要意义,是研究该体型泄洪洞消能机理及消能安全的基础,因此本论文的研究内容有着重要的意义。本论文通过模型试验和理论分析,以相关水力物理量的精确量测为基础,主要研究了水平旋流泄洪洞流速及壁面脉动压强分布规律,同时对泄流量规律、典型流态的划分及壁面时均压强分布规律进行了试验研究分析,取得了较深入的研究成果:本文首次采用激光测速仪(LDA)对水平旋流泄洪洞流速进行了测量,研究发现:沿半径方向轴向流速的分布总体上可以看作为最大值靠近壁面一侧的二次曲线分布;切向流速呈组合涡分布即靠近管中心一侧为强迫涡分布,靠近壁面一侧为自由涡分布。随旋流强度沿程的衰减最大值点不断向管中心移动;随上游水位的降低及下游水位的升高,切向流速最大值点也不断向管中心一侧移动。同时还对脉动流速和湍流强度沿径向、沿程及随流态变化的分布规律进行了研究,分析了影响脉动流速和湍流强度的主要因素为旋流强度、旋流空腔及壁面不可滑移边界层。对水平旋流泄洪洞壁面脉动压强的研究发现,脉动压强主频在0.03~1.6Hz属于低频范围,与建筑物固有频率相差甚远,水流脉动不会与建筑物产生共振;脉动能量即脉动优势频率主要集中在0～20Hz之间。随旋流强度的衰减沿程各测点频率也相应地衰减。水平旋流泄洪洞壁面脉动压强振幅概率分布基本上呈现高斯正态分布;但在水平段首(Z/D=0～4.5)和尾(Z/D=29～水平段出口) Cs、Ce均要略大于理论值。经研究分析验证并丰富了水平旋流泄洪洞的基本流态序列、过渡流态的特性及临界水力条件。泄量计算公式虽与闸孔出流相同,但流量系数在不同的流态区的变化规律是不同的。水平旋流泄洪洞壁面时均压强分布规律与前人的研究成果相一致,即水平洞壁面压强随上下游水位的升高而升高,沿程逐渐降低;起旋器出口至过渡段末即Z/D=0~4.5范围内,由于该段内存在剧烈的势能向动能转化,因此时均压强存在一定波动,变化规律随流态的变化而不同。过渡段后至水平洞出口,时均压强沿程呈(P/D)=ALn(Z/D)+B规律递减。