工（gōng）業酒精流量（liàng）計在有限流（liú）動水域浮（fú）體結構（gòu）對水流結構的影響（xiǎng）

摘要:基於物理模型試驗，研究浮體結構在（zài）有限（xiàn）流（liú）動水域運行過程中對下（xià）遊水流流動結構產生的影響（xiǎng）。在不同浮體結構位置及來流（liú）條件下，對（duì）下遊（yóu）水流結構特征斷麵的流速分布、流速不均勻係數以及回（huí）流區（qū）長度（dù）進行了測量分析。結果表明:浮體結構（gòu）位置對流速分布及流速不均勻係（xì）數存在明顯影響;來流條件的改變同樣對兩者有較大的影響，其影響隨著來流流（liú）量的增（zēng）大而增大;回流區的（de）長度受浮體結構位置以及來流（liú）流（liú）量影響都較大。在實際工程中，應重點關注浮體結構位置及來流流量變化引起（qǐ）的水流流動（dòng）結構改變。
浮體結構閘門作為一種新型（xíng）的環境友好型閘門在平原水利防洪工程中得到廣泛的應（yīng）用。受邊界以及流動特性的影（yǐng）響，有限流動（dòng）水域中的浮體結構水動（dòng）力變化更為複雜，易導致浮體結構傾覆，從而影響工程安（ān）全（quán）。水流結構的變化（huà）對浮體（tǐ）結構穩定性起到關鍵作用。邢（xíng）殿錄等對比無限和有限水域，認為有限水（shuǐ）域中邊界的存在影（yǐng）響浮體結構的水動力係數。陸彥分析浮箱門在靜水和動水中的穩定性及（jí）其影響因素，對浮箱門在運行過程中的周圍水力特（tè）性進行描述，並給出了增加沉浮穩定性的措施。Johnson等采用物理（lǐ）模型試（shì）驗對淹沒狀態下的防波堤（dī）在周圍波浪以及水流（liú）作用下的影響進行分析，通過3種不同的數值模型對比並描述了浮式防（fáng）波堤對（duì）周圍水流流態分布及波高的影響。傅（fù）宗甫等基於水力學模型試驗，分析了新（xīn）型浮體閘在動水中沉浮的水（shuǐ）力特性，得到不同位置下影響浮體（tǐ）閘穩定性的因素，同時提出提高浮體閘沉浮安全性的方式。蘇禮邦對浮（fú）體啟閉閘門在（zài）流動水（shuǐ）域中的運行進行了理（lǐ）論研究和模型試驗，得到浮體門（mén）受（shòu）初始潮（cháo）位影響較大、減小（xiǎo）上下遊水頭差（chà）可減小浮（fú）體門的受力從（cóng）而提高穩定性的結論，為大型浮體門的結構設計和操作運行控製提供了（le）技術支持。Ｒey等（děng）采用試驗方法模擬了水流作用下的淹沒平（píng）板的水力荷載，得到水流對（duì）反射係數及作用在平板上的水（shuǐ）平力影響巨大（dà）、對垂直作（zuò）用力卻影（yǐng）響微小的結論。Venugopal等得到不同浮體結構體型以及吃水深度對其表麵受（shòu）力影（yǐng）響巨大。崔貞等（děng）采用物理模型試驗以及數值模擬對不同浮（fú）體結構在不同水力特性下的水流結構以及傾覆性進行研究（jiū），研究不同參數對浮體結構的影響，為有限流動水域中浮體結構的穩定性提供參考依據。以上研究大多對浮體結構的穩定性及所受作（zuò）用力進行研究，對水流結構及其影響因素研究較少。本文通過物（wù）理模型試驗，對不（bú）同來流條件下及不同位置下的浮體結構在有限動水（shuǐ）作用（yòng）下的下遊水流結構進行分（fèn）析。通過對比不同來流以（yǐ）及位置下的水力特性，分別對特（tè）征斷麵的流速分布特征、斷麵（miàn）流速的不均勻係數以及回流區的變化特性進行比較分析（xī），以期為有限水域（yù）浮體（tǐ）結構在動水運行過（guò）程中的周圍水流變（biàn）化特性以及其穩定性分析提供依據。
1試驗裝置及參數設計
1．1試驗裝（zhuāng）置
為探（tàn）究浮（fú）體結構在不同位置以及不同來流流量對（duì）下遊水流結構的影響，在（zài）長、寬、高分（fèn）別為10.00m、0.30m和0.50m的（de）有機玻璃水槽中進行（háng）物理模型（xíng）試驗(圖1)。浮體結構位（wèi）於水槽中間區域（yù），通過閘門調速裝置對浮體結構的位置進行精確控製，對下遊區（qū）域流速采用（yòng）ADV進行測（cè）速，並采用工業酒精流量計進行流量監（jiān）測。

1．2試驗參（cān）數設計
有限水域的（de）浮體結構在不同來流動（dòng）水（shuǐ）中運行時，浮體結構位置的改變會對流場產生（shēng）影響（xiǎng），從而影響浮體結構的泄流能力以及穩定性。試驗過程中（zhōng）固定浮（fú）體結構（gòu）的體型不變(長L=0.20m，寬B=0.30m，高a=0.10m)，分別選取4種不同來（lái）流流量Q及浮體結構位置（zhì）e，控製浮體（tǐ）結構在上、下遊水位不變的（de）條件下進行（háng）試驗，具體試驗參數設計及說明見表1以及圖2。


2結果及分析
來自上遊的水體經浮體結構的阻擋作用，水流繞流經浮體結構（gòu）的上部和下部區域通過，並在浮體結構背（bèi）水麵的下遊區域形成小範（fàn）圍回流區，此處（chù）水流紊亂，流速分（fèn）布不均勻。試驗過程中（zhōng），對回流區（qū）沿水流（liú）方向的長度D(水槽縱向中心斷麵處，自浮體（tǐ）結構（gòu）背水麵到沿水流方向流速為0的*遠（yuǎn）位置點)進行量測（cè）。選取浮（fú）體結構（gòu）下（xià）遊區（qū）域回流區中心點所在斷麵（miàn）進行流速測量對比。流速測量斷（duàn）麵位置（zhì）A-A見圖3。

2．1不（bú）同浮體位置對斷麵流（liú）速分布的影響
圖4橫坐標為斷麵水流方向（xiàng）流速，縱坐標為測點垂向位置與下遊水位的比（bǐ）值y/H'。隨著浮體結構位置的上升，*小斷麵流速位置同樣上升。以圖3(a)為例，當e=0.02m時（shí），下遊斷麵位置自下而上呈現先減小、後增大的趨勢，在y/H'=0.40時（shí）流速達到*小（xiǎo），隨著浮體結構位置的上升，*小流速呈現（xiàn）向上偏移的趨勢。在斷麵位置y/H'=0.20時（shí），隨著e的增大，流速（sù）呈（chéng）現增大的趨勢。當e較小時，流經浮體結構下部進行下泄的水流較少，主流出現在浮體（tǐ）結構的上部（bù），且在浮體結構（gòu）的阻擋作用下出現回流區;隨著e上升，主流（liú）偏向浮體結構下部區域（yù），流速增大。與y/H'=0.20的流速（sù）分布正好相反，當y/H'=0.80時，流速分布隨著浮體位置的增大而減小。隨著（zhe）e的增大，通過（guò）浮體結（jié）構下部泄流（liú）的水體增多，主流開始（shǐ）向（xiàng）下偏移。試（shì）驗過程中，浮體結構處（chù）於淹沒狀態，流速的分布（bù）隨著浮（fú）體位置的改變呈現上大、中小、下大的分布趨勢，在浮體結構下遊區域形成回流區，回流區的位置隨（suí）著浮體結構的上升而上升。

2．2不同來流流量對斷麵流速分布的影響
由圖5可知，當e相（xiàng）同時，斷麵*小流速發生的位置相同（tóng），發（fā）生在（zài）浮體結構下遊回（huí）流區位置（zhì）。隨著（zhe）來流流量的增大，流經浮體結構下泄的水（shuǐ）流流（liú）速在上層和下（xià）層水體中呈現增大的趨勢。浮（fú）體結（jié）構位置不變，由（yóu）於受（shòu）到浮體結構的擠壓，上遊來流（liú）分別經過浮體結構上部、下部進行泄流，因此在下遊區域的（de）上層、下（xià）層水體中，流速較大;受浮體結構的阻（zǔ）擋，浮體結構下遊區域形成回流（liú）區，流速（sù）較小。試驗過程中，由於控製浮體結構所在水域的（de）上遊、下（xià）遊水位不發生變化，因此隨著來流流量的增（zēng）大，流速呈現增大的趨勢。

2．3特征流速以及不均勻係數
流速（sù）沿斷麵分布的均勻特性可以（yǐ）通過流速分布不均勻係數進行表（biǎo）征，通過所選取（qǔ）斷麵*大（dà）流速和*小流速的差值與該斷（duàn）麵平（píng）均流速的比值，δ值越大表明浮體結構的存（cún）在對水流斷麵流速的分布產生的影響較大（dà）。表2中，當來流流量相同時，流（liú）速（sù）的不均勻係數多數隨e的增大而減小。浮體結構位置較小時，主流為浮體結構上部的水流。隨著浮體結構位置的上升，來自上遊的水體逐漸分成浮體結構上部和下部的兩股主流，流速分（fèn）布的不均性（xìng）減小。浮體結構位置及所處（chù）水位條件相同時，來流流量的增大，區域（yù）的平均流速增大，因此流速不均勻性減（jiǎn）小。

2．4回流區長度分析
表3中，當（dāng）來流流量較小（xiǎo）時(Q=0．015m3/s)，回流區的長度D隨著浮（fú）體結構位置的增大逐漸增大;當來流（liú）流量（liàng）較大時(Q=0．024m3/s)，回流區的長（zhǎng）度卻隨著浮體結（jié）構位置的增大呈現減小的趨勢。試驗過程中，當浮體結構（gòu）位置較（jiào）高且來流較小時，浮體結構上下部（bù）區域的主流流速較小，回流區範圍較大;浮體結構位置不（bú）變時（shí），來流流量增大，回流區長度減小。來流增加，下泄水流流（liú）速較大，並迅（xùn）速將回流區內（nèi）的水流帶入下遊（yóu）區域，因此回流區長度反而呈現（xiàn）減（jiǎn）小趨勢。

3結論
a．浮體結構下遊回流區水流流速分布呈現上大、中小、下大的分布規律，受（shòu）浮體結構位（wèi）置（zhì）的（de）影響較明顯;*小流速出現在浮體結構背水麵的下遊區域（yù），且主流（liú）隨著浮體位置的（de）變化而發生偏移。
b．來流（liú）流量的增大會引起整體流速增大，而*小流速發生位置幾乎不受影響。
c．隨著浮體結構位置的增大，流速的不（bú）均勻係數多（duō）數呈減小趨勢。
d．不同位置的浮體結（jié）構對回流區的範圍（wéi）存在影響，且隨著流（liú）量（liàng）的變化而發生變化:流量較小時(Q=0.015m3/s)，隨著位置的增大回流區長度增（zēng）大;流（liú）量較大時(Q=0．024m3/s)，回流區長度呈現減小趨勢。在實際工程中，應注（zhù）意由於（yú）浮體結構位置引起的水流結構改變，並通過合理調控來流流量確保浮體的（de）安全。

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