【導(dǎo)讀】取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)。注明引用的內(nèi)容外，本報告的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。以明確的方式標(biāo)明。本報告的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。摻氣槽摻氣保護(hù)長度的影響因素較多，有關(guān)摻氣設(shè)施的各項(xiàng)水力指標(biāo)的設(shè)。計和計算多依賴于經(jīng)驗(yàn)和定性的研究。要采用模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段。壩泄洪隧洞水工試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，采取水工模型試?yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法。其中圖像處理技術(shù)具體。后氣泡的消散規(guī)律[2]。槽摻氣保護(hù)長度的研究，有利于減少試驗(yàn)誤差，降低研究成本，增大觀測范圍，同時為水電行業(yè)相關(guān)課題研究提供新的思路和方向。

　　

【正文】 44 下 49 8 820 上 44 下 49 9 855 上 8 46 下 53 10 900 上 53 下 60 表 設(shè)計水位下?lián)綒鉂舛扰c灰度對應(yīng)表（閘門 開度） 測點(diǎn) 樁號 位置 摻氣濃度（ %） 灰度值（ %） 1 700 上 57 下 59 2 712 上 59 下 75 3 725 上 6 46 下 7 60 4 740 上 51 下 57 5 760 上 60 下 61 6 780 上 64 下 69 7 800 上 51 下 71 8 820 上 53 30 下 65 9 855 上 62 下 71 10 900 上 63 下 69 注：校核水位閘門全開時平均流速為 ；設(shè)計水位下閘門全開時平均流速為 ；設(shè)計水位 開度下平均流速 ；設(shè)計水位 平均流速為 。 每個點(diǎn)位處進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定程度上的穩(wěn)定性。采集不同位置的數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得具有代表性的數(shù)據(jù)。 對單反拍出的照片用 photoshop 進(jìn)行灰度處理，結(jié)合傳統(tǒng)儀器得出的不同點(diǎn)位處的氣泡濃度，利用 matlab 擬合得出不同點(diǎn)位處摻氣濃度和灰度的函數(shù)關(guān)系，初步歸納出連續(xù)流場摻氣后氣泡濃度的沿程變化情況。 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 matlab，再通過 matlab 數(shù)據(jù)擬合工具箱，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，導(dǎo)入數(shù)據(jù)和擬合曲線如下： 圖 校核水位閘門全開下部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度（ %），縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 31 圖 校核水位閘門全開下部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度的對數(shù)值，縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 圖 校核水位閘門全開中部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度（ %），縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 圖 校核水位閘門全開中部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度的對數(shù)值，縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 32 圖 設(shè)計水位閘門 開度下部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度（ %），縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 圖 設(shè)計水位閘門 開度下部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度的對數(shù)值，縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 圖 設(shè)計水位閘門 開度下部（平均流速為 ） 33 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度（ %），縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 圖 設(shè)計水位閘門 開度下部（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度的對數(shù)值，縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 通過最終的數(shù)據(jù)觀測與篩選，選擇校核水位閘門全開情況，使用 matlab 數(shù)據(jù)擬合箱進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到最終結(jié)果如下： 擬合表達(dá)式為 23 ???? xxxy （ ） 擬合曲線如下圖所示 圖 校核水位閘門全開（平均流速為 ） 注：橫坐標(biāo)為摻氣濃度的對數(shù)值，縱坐標(biāo)為圖片灰度（ %） 34 第 7 章 數(shù)值模擬 在數(shù)值模擬中，運(yùn)用 Fluent、 Ansys、 Tectop、 Catia 等軟件對四川大渡河長河壩泄洪隧洞模型進(jìn)行數(shù)值模擬，利用 Catia 軟件建立泄洪隧洞模型，并在其上建立與模型中相同數(shù)量且同類型的摻氣槽。運(yùn)用 Ansys 軟件在建立的泄洪隧洞模型上畫較為密實(shí)的網(wǎng)格，并根據(jù)上一階段進(jìn)行模型試驗(yàn)時的試驗(yàn)條件（如水頭、閘門開度、流量等）設(shè)置邊界條件，用 Fluent 軟件進(jìn)行分析與計算，從而模擬出每個摻氣槽下游氣泡的分布情況，歸納出不同流速區(qū)域摻氣槽摻氣后氣泡的消散規(guī)律。根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行邊界條件的優(yōu)化設(shè)置，模擬出不同流速區(qū)域摻氣濃度分布情況，對比通過圖像處理技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)果歸納得出有關(guān)高流速 、緩底坡泄洪隧洞摻氣槽摻氣保護(hù)長度的規(guī)律。如下是泄洪隧洞摻氣坎的數(shù)值模擬圖 泄洪隧洞整體效果圖（流速為 ）和圖 。 圖 泄洪隧洞整體效果圖（流速為 ） 35 圖 泄洪隧洞摻氣坎放大圖 在此階段中，我們對泄洪隧洞模型進(jìn)行數(shù)值模擬，主要是模擬校核水位全開情況下的摻氣情況，此種情況的邊界條件如下表所示： 表 模型邊界條件 其中，左右兩側(cè)通氣量分別為 、 ，左右兩側(cè)風(fēng)速為、 ，空腔長度為 。 通過上述邊界條件，對泄洪隧洞模型 3號坎進(jìn)行數(shù)值模擬，主要是模擬校核水位全開情況下的摻氣情況。 3前 2m 3 3后 4m(4前 ) 樁號 0+600 0+700 0+900 清水水深（ m） 摻氣水深（ m） 斷面流速（ m/s） 時均壓力（ m） 36 橫斷面 我們主要是截取泄洪隧洞的 8個斷面，依次間距為 ，如圖 所示： 圖 泄洪隧洞斷面圖 以 3摻氣坎為原點(diǎn)，逆水流方向?yàn)檎来螌?yīng)樁號的截圖如下所示： 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 37 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ x=） 從上述圖可以得出，在摻氣坎之后，氣泡濃度最大，藍(lán)色區(qū)域沿程依次減小，從坎后的一片連續(xù)藍(lán)色區(qū)域依次減小到后面稀落的藍(lán)色區(qū)域。離坎越遠(yuǎn)，藍(lán)色區(qū)域越少，代表摻氣量越少。 縱剖面 我們主要是截取泄洪隧洞 3坎縱向斷面，依次間距為 ，摻氣坎底板放 38 大如圖 所示： 圖 泄洪隧洞 3摻氣坎底板圖 以底板為原點(diǎn)，向上為正，依次對應(yīng)縱向的截圖如下所示： 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=0） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 39 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 40 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 圖 泄洪隧洞斷面圖（ z=） 從上述圖可以得出，底板上面摻氣量幾乎為零，隨著剖面高程的提高，摻氣量先增大，后減小，接近表面的時候，空氣量又會增大，后面會全部變?yōu)樗{(lán)色，一片藍(lán)色區(qū)域。 本項(xiàng)目根據(jù)工程要求按照近底濃度 來確定其摻氣保護(hù)長度，即取防蝕標(biāo)準(zhǔn) 。采用相當(dāng)于原型 3 倍空腔長度的近底摻氣濃度 作為起始條件。根據(jù)時啟燧編著的《高速水氣兩相流》按照下式計算摻氣設(shè)施有效保護(hù)范圍： () 式中： —— 摻氣保護(hù)長度； —— 3 倍空腔長度的近底摻氣濃度； —— 防蝕標(biāo)準(zhǔn)，取為 %； —— 空腔長度； 41 —— 近底濃度沿程遞減率。 計算分析后可得到如下結(jié)論： （ 1）流速越大，射流產(chǎn)生的空腔越長，摻氣保護(hù)長度越長； （ 2）由本次模型試驗(yàn)可得，摻氣保護(hù)長度約為射流空腔長度的 倍； （ 3）由于縮尺效應(yīng)的影響，模型的水流 速度小于原型的流速，則模型水流摻氣能力要小于原型的，使得模型的摻氣保護(hù)長度小于原型的摻氣保護(hù)長度。 42 第 8 章 結(jié)論與展望 迄今，我們的科研項(xiàng)目已完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及數(shù)值模擬共三個階段。在科研項(xiàng)目實(shí)施中，我們在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，虛心請教，認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)知識，履行職責(zé)，合理分工，做好克服各種意外困難的準(zhǔn)備，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度完成了每一項(xiàng)工作。各任務(wù)完成階段安排如下： (1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取階段 依托以 1:50 的比尺建立的四川大渡河長河壩泄洪隧洞模型，設(shè)置最佳試驗(yàn)條件，運(yùn)用傳統(tǒng)測試方法 —— 插式和貼片式儀器測量不同點(diǎn)位處摻氣濃度，同時用單反獲取該點(diǎn)位處水流的照片。每個點(diǎn)位處進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一定程度上的穩(wěn)定性。采集不同位置的數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得具有代表性的數(shù)據(jù)。 (2)用單反拍出的照片用 photoshop 進(jìn)行灰度處理，結(jié)合傳統(tǒng)儀器得出的不同點(diǎn)位處的氣泡濃度，利用 matlab 擬合得出不同點(diǎn)位處摻氣濃度和灰度的函數(shù)關(guān)系，初步歸納出連續(xù)流場摻氣后氣泡濃，得出摻氣槽摻氣保護(hù)長度的相關(guān)結(jié)論。 (3)度的沿程變化情況。根據(jù)臨界免空蝕條件數(shù)值模擬階段 在熟練掌握相關(guān)軟件基礎(chǔ)上，我們依據(jù)四川大渡河長河壩泄洪隧洞模型尺寸參數(shù)，利用 Catia 軟件建立泄洪隧洞模型，并在其上建立與模型中相同數(shù)量且同類型的摻氣槽。運(yùn)用 Ansys 軟件在建立的泄洪隧洞模型上畫較為密實(shí)的網(wǎng)格，并根據(jù)上一階段進(jìn)行模型試驗(yàn)時的試驗(yàn)條件（如水頭、閘門開度、流量等）設(shè)置邊界條件，用 Fluent 軟件進(jìn)行分析與計算，從而模擬出每個摻氣槽下游氣泡的分布情況，歸納出不同流速區(qū)域摻氣槽摻氣后氣泡的消散規(guī)律。這一過程我們充分利用數(shù)值模型的優(yōu)越性對實(shí) 際模型中無法試驗(yàn)的某些試驗(yàn)條件進(jìn)行設(shè)置并觀察相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果，我們及時與指導(dǎo)老師溝通分析所得結(jié)果的效果與可靠性，從而剔除不可靠的試驗(yàn)結(jié)果，得出不同斷面摻氣后氣泡濃度的分布情況，進(jìn)而得出摻氣槽摻氣保護(hù)長度的相關(guān)規(guī)律。 綜合分析上述兩種方法整理得出不同流速區(qū)域摻氣槽摻氣氣泡的消散規(guī)律，在此基礎(chǔ)上分析歸納出有關(guān)高流速、緩底坡泄洪隧洞摻氣槽摻氣保護(hù)長度規(guī)律的結(jié)論。 獲得優(yōu)秀的成果是一切項(xiàng)目的最終目標(biāo)，也是團(tuán)隊(duì)成員辛勤付出的強(qiáng)大動力。我們在指導(dǎo)老師的協(xié)助下，完成了所有的任務(wù)，并認(rèn)真書寫了成果報告，完整表 43 達(dá)我們的試驗(yàn)結(jié)論， 以期能夠得到相似工程參考。 通過實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)中遇到的問題；通過數(shù)據(jù)整理，鍛煉了我們篩選辨認(rèn)的能力；通過數(shù)值模擬，培養(yǎng)了我們應(yīng)用軟件的能力，為之后的科學(xué)研究探索做借鑒。懷揣著“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”心態(tài)求知。同時希望這次的科研項(xiàng)目，能夠提高理論上的學(xué)習(xí)，以進(jìn)一步提高認(rèn)知能力，為以后的科研做好準(zhǔn)備。 44 參考文獻(xiàn) [1] 王海云，戴光清等 .高水頭泄水建筑物摻氣設(shè)施研究綜述 [J].水利水電科技進(jìn)展， 20xx,24(4)： 4656. [2] 陳剛等 .基于 MATLAB 的泄洪洞氣泡運(yùn)動軌跡檢測 [J].水 利與建筑工程學(xué)報， 20xx， 10(2)： 3035. [3] 曾玉娟 .無壓泄洪洞高速水流摻氣水深的計算分析 [J].云南水力發(fā)電，20xx， 17(3)： 6264. [4] 崔隴天 .摻氣挑坎下游的含氣濃度分布 [J].水利學(xué)報， 1985， 1： 4550. [5] 張建生，呂青等 .高速攝影技術(shù)對水中氣泡運(yùn)動規(guī)律的研究 [J].光子學(xué)報， 20xx， 29（ 10）： 952955. [6] DL/T 524520xx．水利水電工程摻氣減蝕模型試驗(yàn)規(guī)程 [S]．北京：中國電力出版社， 20xx. [7] 薛瑞，邵建斌等 . 基于 MATLAB 的泄洪洞氣泡運(yùn)動軌跡檢測 [J].水利與建筑工程學(xué)報， 20xx， 6（ 2）： 2224. [8] 時啟燧 ．高速水氣兩相流 [M]．北京： 中國水利水電出版社 ， 20xx. 45 致謝 在項(xiàng)目結(jié)題結(jié)束之際，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師王均星教授表示由衷的感謝和崇高的敬意 !正是由于老師的悉心指導(dǎo)、關(guān)懷備至，使我們在試驗(yàn)過程中受益匪淺，學(xué)習(xí)能力、動手能力、創(chuàng)新能力有了明顯的提高。老師在學(xué)術(shù)上理論造詣深厚，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，為我們在今后的學(xué)習(xí)和工作生涯樹立了一個很好的榜樣。 感謝劉達(dá)師兄、張瑩瑩師姐的關(guān)心和幫助 ! 最后，再次感謝武漢大學(xué)關(guān)心和幫助過我們的每一個老師、同學(xué)和師兄師姐！