进水口前自由表面旋涡生成与演化机理的研究

自由表面旋涡是水工建筑物进水口前常见的水力现象，在水电站引水管道、溢洪道、导流隧洞、泵站和船闸等进水口的上游表面时有发生。自由表面旋涡发展到一定程度将成为吸气旋涡，给工程建筑物和设备带来严重危害。本申请课题力图从根源上揭示自由表面旋涡生成与演化的力学机理，从研究自由表面旋涡的气液两相流动结构入手，在介观层面建立其流场在相空间内的数学模型并研究利用格子波尔兹曼方法对自由表面涡进行模拟的数值算法，以实现对自由表面旋涡生成和演化过程的定量模拟，在此基础上利用粒子成像测速技术和流场显示技术对旋涡流动进行实验观测和测量，验证所建立理论模型的合理性以及所采用数值方法的可靠性。自由表面旋涡气液两相流动的研究，不仅对流体力学中自由界面、涡动力学和流动稳定性问题的研究具有科学意义，而且为自由表面涡的控制和利用提供理论指导，亦具有工程应用价值。