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水利工程论文-凹槽中的旋涡及初生空化数的估算.doc

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水利工程论文-凹槽中的旋涡及初生空化数的估算.doc

水利工程论文-凹槽中的旋涡及初生空化数的估算摘要:本文阐述了凹槽中旋涡形成的力学机制;利用文献[1]中的结果建立了凹槽中旋涡的涡量平衡、能量平衡近似关系式;给出了旋涡初生空化数的表达式,它不仅和凹槽的宽深比有关,还和参数K1有关(K1为流道宽和槽深之比);对不同的深宽比和K1值计算了凹槽中的旋涡参数和初生空化数,把计算的初生空化数和已有的实测凹槽旋涡初生空化数进行了对比,两者的值和变化趋势基本一致。关键词:凹槽旋涡初生空化数在本世纪四十年代,美国垦务局发现所属工程中的平板门门槽,如派克坝的门槽等,很多都发生了空蚀现象,从而引起水力学研究者对门槽水力特性的关注,进行了一系列的实验研究。J.W.Ball(1959)发表了“闸槽水力特性”[2]一文;К.К.Шапьнев(1962)可能是最早发表了平面门槽空化特性的系统研究结果[3];1973年,T.W.Ward发表了他在循环水洞中测定的凹槽的初生空化数[4],但文献[3,4]的结果不完全相同。1983年,金泰来教授等发表了闸槽初生空化数的系统试验结果[5]。由于凹槽中的旋涡比较复杂,至今尚无对凹槽中的旋涡与空化进行理论研究得到的结果,因此文献[6]曾明确指出,两维凹槽中的空化是一个没有解决的问题。本文试图利用文献[1]的结果,较粗略地定量估计凹槽的初生空化数(旋涡空化)。1凹槽旋涡的形成机制如图1所示,若流道中的流速为V0,凹槽中的水维持静止状态,则在主流与凹槽的界面a—a形成涡层,它的环量为VoWo,(Wo是凹槽的宽度),图1凹槽中旋涡及流场示意a—a界面上的剪应力很大,当Vo达到足够大时涡层失稳,它分解成较弱的涡层和一个或若干个独立涡。主流在a—a界面上对旋涡不断作功,使旋涡的涡量不断增大。最后达到一个平衡状态:主流于单位时间内在a—a界面上所作的功恰好等于较弱剪切层和独立旋涡在单位时间内的能量耗散。另外,近似按环量定律考虑,较弱涡层的环量与独立涡的环量之和等图1凹槽中旋涡及流场示意于分解前的原环量VoWo。从上面的简单考察可知,凹槽中的旋涡是由主流在凹槽界面形成的剪力所带动的,它虽有三面固体边界所包围,它的形成机制是和文献[1]中所研究的旋涡是相同的,所以可以利用文献[1]中的研究结果确定凹槽中的旋涡特性,即确定旋涡的长、短半轴a与b及参数α,为方便起见,把本文所需的文献[1]给出的几个表达式,摘录于下。Vx=α

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