明满流过渡的数值模拟及工程应用

梁娜娜，金 生

(大连理工大学 建设工程学部， 辽宁 大连 116024)

输水工程可以通过明渠和有压管道等途径进行输水，而在此过程中，当输水管道遇到集中输水或短时间暴雨时，管道内流量激增、水位升高，甚至充满全部管段；管路由非满管流转变为满管流，此时，管路处于完全充满的有压状态；而后随着输水量的减弱，管路内流量减小，水头逐渐下降，再次处于无压非满管流状态。这样从无压明流到有压满流，再由有压满流到无压明流的不断变换，称之为明满过渡流[1]，是输水工程经常出现的水力现象。输水时发生明满流过渡，会导致管道内突然发生明显的压力变化，对管道的安全运行[2-3]造成影响，严重时可能会管道爆裂，有很大的安全隐患[4]。

明满过渡流的水力现象常出现在水电站的压力引水隧洞和压力钢管、水库的有压泄洪隧洞、居民生活用水管道等。明满过渡流是工程运行中不可避免的不利于工程的水力现象，因此，对于明满流的研究至关重要，也为长距离输水系统的安全运行提供必要的依据。1932年Meryer等[5]研究了水电站尾水隧道中的特殊流动涌浪，这是国内外对明满流最早的研究。随着水力学的不断发展，发现明满流研究的难题主要是如何处理交界面。假想窄缝法在1961年由Preissmann提出成为解决这个难题的思路，其基本理论是假设在管顶有一条极其窄的不增加管道面积和水力半径的缝隙，在水深高于管的顶部之后，湿周和过水断面面积均为恒定的。……