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排沙漏斗三维涡流流场脉动特性研究
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摘要：
本文利用激光多普勒测速仪（LDA）对排沙漏斗三维涡流流场的脉动特性进行了测试研究，测试结果表明：排沙漏斗流场的切向紊动强度大于径向及轴向的紊动强度，中间低速带的紊动强度大于两端自由涡及强迫涡控制区的紊动强度，紊动切应力的理论分析与测试结果均证明排沙漏斗三维流场是一个各向异性流场。本文还分析了排沙漏斗脉动特性对输沙过程的影响，对如何更好地优化排沙漏斗结构提出了看法。
关键字：
排沙漏斗 脉动特性 螺旋流 激光多普勒测速仪
漏斗涡流系立轴型涡，是由多种副流耦合形成的一种组合涡，呈螺旋流。它可以在海洋、湖泊及天然河道滋生，亦可以由人工制造。在进行涡流试验过程中，研究者们发现漏斗螺旋型涡流对泥沙具有强烈的输移作用，这就使得人们设法利用它这一特性来排除沉积于一些水利设施中的泥沙，排沙漏斗正是利用漏斗螺旋型涡流的这一特性而设计的用于排除水利设施中泥沙的水工建筑物。螺旋流排沙的研究起始于沙拉克霍夫发明的“环流室”[1]。它的基本原理是：含沙水流经进水渠道进入环流室，清水从室周边溢出，再由侧槽汇集进入引水渠道，而泥沙则由室内产生的旋转水流带向漏斗中心的冲沙底孔，继而由底孔附近空气漏斗形成的冲沙水流带入底孔排走。新疆农业大学水利与土木工程学院水工实验室周著等人在分析与研究了沙拉克霍夫发明的“环流室”基础上，在适用流量和结构体型方面均有了突破，并于1991年初步完成了用于排除推移质泥沙的强螺旋流排沙漏斗的研究[2]。在此基础上，他们借鉴了国外有关涡流排除悬移质泥沙的研究资料[3]，提出了水平调流板与漏斗相结合的结构形式，用于排除来流中的推移质及悬移质泥沙 [4]，之后又提出导流墩、水平调流板及漏斗相结合的形式[5]。排沙漏斗的水流结构对漏斗的排沙效果有非常显著的影响。但排沙漏斗水流是三维流动，因此，研究它的水流结构有相当的难度。以往对其理论研究的成果甚少，多为在试验研究的基础上再进行理论分析，即使这样，由于三维测试工作的困难及受测试设备的限制，以往的成果主要集中在对其切向时均流速分布规律的研究上[6～8]，对其脉动特性的研究尚未见到报导。笔者曾在文献[9]中测试并论述了排沙漏斗的三维时均流流场。本文拟对排沙漏斗的三维紊流场进行测试研究。
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