水平旋流消能泄洪洞设计与研究-水流流态

4.5.3.1　进口水流流态

模型试验结果：设计工况下，堰上水流为平稳的淹没堰流，水面平稳、无波动。竖井水位较库水位低0.5m。

原型试验结果：闸门开度大于70%～80%后，竖井内为淹没流。闸门全开后，进口水面有一定跌落，流态平稳。受进口左右边墙侧收缩的初始扰动影响，竖井表面水流形成向左或向右的竖轴旋滚，最大波动幅度为1.9m，平均水位较库水位低1.8m。

4.5.3.2　掺气空腔形态

模型试验中，环形掺气坎下均能形成稳定的掺气空腔。常压试验测量的平均空腔长度为5.8m（设计洪水位工况下）。减压试验得出的结果是：在常压条件下，设计洪水位工作闸门全开时，内侧、外侧、左侧和右侧的空腔长度分别是2.0～3.6m、3.2～5.2m、2.8～4.0m和2.8～4.0m；减压条件下，设计洪水位工作闸门全开时，内侧、外侧、左侧和右侧的空腔长度分别是5.5～9.9m、7.1～11.1m、6.3～10.3m和7.1～11.1m。根据模型试验成果，环形掺气坎下游空腔长度不超过12.0m。(www.xing528.com)

原型运行试验在接近设计工况条件下，环形掺气坎下空腔探测分析表明，工作闸门开启过程中，仅少量水流扫掠空腔探测传感器，当工作闸门开度大于80%后，环形掺气坎下游空腔稳定，空腔长度为17.0m左右，较减压模型试验结果大。由于环形掺气坎下游空腔长度与竖井来流和起旋室旋转流动间的相互作用有关，还与进口来流条件和下游（水垫塘出口附近）的水流条件有关系。鉴于原型监测时泄洪洞的运行工况与模型试验工况存在一定的差异，因此认为空腔长度的原型与模型差异并不完全是缩尺效应引起的。

4.5.3.3　退水洞水流流态

减压模型试验结果：水垫塘收缩墩至桩号导0＋361.20m的退水洞部分，前1／4为有压流，水流旋转减弱，后3／4的顶部及边壁大部分区域为贴壁螺旋流，桩号导0＋361.20m后为典型的明流，流态稳定。常压模型试验研究表明，水流从水垫塘收缩墩进入退水洞后，在强烈紊动掺混作用下，水流充分掺气呈乳白色，旋转能量基本消失，无明显的横向水面超高现象。桩号导0＋361.20m下游，洞内为较稳定的明流流态，桩号导0＋450.00m左右开始，洞内形成均匀流流态。退水洞出口断面的平均流速为13.38m／s，平均水深为6.6～6.8m。出口挑流鼻坎对退水洞流态无影响，靠近挑流鼻坎上游出现弱水跃，跃头在桩号导1＋020.00m前后。

原型监测结果：工作闸门全开后，仅能监测到退水洞前部桩号导0＋510.00m前后为稳定的明流流态，无明显的横向水面超高现象。退水洞的平均流速为14.5m／s，平均水深为6.2～6.4m，略小于模型试验值，原型中泄洪洞的总体消能率也略低于模型试验结果。试验条件下，靠近挑流鼻坎上游出现弱水跃，跃头在桩号导1＋030.00m前后。估计在下游河床水位达到高程1905.30m（或以上）时，出口水跃的跃头稍向前移，但不会影响退水洞整体流态。泄洪洞出口的水流流态，原型和模型基本一致。