Page 90 - 2025年第56卷第2期

据求均值，之后即可依据式（２）计算出每个工况下泥沙总截除率。每次采样的同时分别对溢流出口及
排沙底孔处的量水堰进行读数，得出二者流量之后依据式（ １）计算各工况下的排沙耗水率。
Ｑ ｄ
Ｐ ＝ × １００ ％ （１）
Ｑ ｉ
( ＱＳ )
ｏ ｏ
φ ＝ １ － × １００ ％ （２）
ＱＳ
ｉ ｉ
式中：Ｐ、φ分别为排沙漏斗排沙耗水率、泥沙总截除率，％；Ｓ、Ｓ分别为溢流出口、进口涵洞含沙
ｏ
ｉ
３
浓度，ｋｇ?ｍ 。
空气涡尺寸测量时，定点拍摄空气涡照片，照片中底孔直径与模型底孔实际直径存在一定比尺，
由照片中测量所得的空气涡直径根据该比尺即可计算出模型中空气涡的实际直径，将测量所得水面处
空气涡直径 ｄ与底孔处空气涡直径 ｄ求均值得到空气涡平均直径 ｄ。流速测量时，在漏斗室内设置 ４
１ ２
个测量断面，分别为断面 １ － １至断面 ４ － ４，相邻断面夹角为 θ ＝ ４５° ，断面布置如图 １（ａ）所示，每个段
面内分别取 ３条测线 Ｚ?Ｈ ＝ ０．２、Ｚ?Ｈ ＝ ０．４、Ｚ?Ｈ ＝ ０．８，如图 １（ｂ）所示。其中 Ｚ为测线所处位置水平高
度，Ｈ为悬板高度，每条测线上间隔 ５ｃｍ布置一个测点，采用声学多普勒点式流速仪进行测量，其采
样输出频率能在 １～２００Ｈｚ灵活调整，所测量的流速范围为 ０．０１～４ｍ?ｓ，测量精度为测量流速±０．５％，
采样时 ＡＤＶ流速采样频率为 ５０Ｈｚ，单点采样 ６０ｓ，每个测点可获得 ３０００组三维瞬时流速值。为降低
设备移动对流场产生影响，提高数据准确性，设备移动后须间隔 ２ｍｉｎ，待流场稳定后再开始采集数
据。此外，对采集的数据进行筛分，选取满足信噪比大于 １５，相关性系数大于 ８５％的流速值，并筛除
由于流场中气泡及其他因素的影响而在时间序列中表现为毛刺的数据。最终每个测点筛选出 １０００组
用于分析计算的数据，由式（３）—（５）计算每个测点的三维瞬时流速平均值。此外，为全面反映漏斗内
水流的径向及垂向流动特性，在对径向及垂向流速进行分析的基础上，对其紊动强度分布进行分析。
紊动强度 σ可用脉动流速的均方根表示，由式（６）（７）计算。
１ Ｎ
Ｖ＝ ∑ Ｖ （３）
θ θ ｉ
Ｎ ｉ ＝１
１ Ｎ
Ｖ＝ ∑ Ｖ （４）
ｒ ｒｉ
Ｎ ｉ ＝１
１ Ｎ
Ｖ＝ ∑ Ｖ （５）
ｚ ｚｉ
Ｎ ｉ ＝１
Ｎ
∑ （Ｖ － Ｖ） ２
ｒ
ｒｉ
ｉ ＝１
＝ （６）
槡 Ｎ
σ ｒ
Ｎ
∑ （Ｖ － Ｖ） ２
ｚｉ
ｚ
ｉ ＝１
＝ （７）
槡 Ｎ
σ ｚ
式中：Ｖ 、Ｖ、Ｖ分别为切向、径向、垂向的瞬时流速，ｍ?ｓ；Ｖ、Ｖ、Ｖ分别为切向、径向、垂向瞬
θ ｉ ｒｉ ｚｉ θ ｒ ｚ
分别为径向、垂向紊动强度；Ｎ为单个测点采样次数。
时流速平均值，ｍ?ｓ；σ ｒ 、σ ｚ
３ 结果及分析
３．１ 排沙耗水率及泥沙截除率变化规律
３．１．１ 排沙耗水率 图 ４为不同淤积体厚度时各进口含沙浓度下的排沙耗水率。从图 ４可见，不同进
口含沙浓度下的排沙耗水率呈现相似规律，且淤积厚度及进口流量相同时，不同含沙浓度下排沙耗水
率数值接近，表明进口含沙浓度对排沙耗水率影响较小。各工况下的排沙耗水率均随淤积体厚度的增
３
大而增大，如图 ４（ａ）中，在 Ｑ ＝ １７．４Ｌ?ｓ （对应原型流量 ７２ｍ ?ｓ）工况下，不同流量下的排沙耗水率分
０
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