中文摘要：

随着大型泵站建设的快速发展，对提高泵站工作可靠性的要求越来越高，虹吸式出水管以其稳定、安全断流的性能在各种用途的泵站中逐渐被采用，系统地开展泵站虹吸式出水管虹吸形成时间原、模型间比尺效应研究，对利用实验手段精确预测原型泵站虹吸形成时间具有重要的理论意义和应用价值。针对泵站虹吸式出水管工作特点，运用理论分析和物理模型实验相结合的研究方法，对虹吸形成过程特征量进行因次分析，推求得到虹吸形成时间受到的无因次数影响的关系式。通过对系列比尺虹吸式出水管模型虹吸形成时间的实验资料分析，在虹吸形成时间与无因次数关系式的基础上，归纳出原模型虹吸形成时间换算的经验公式。通过本研究，得到基于实验手段预测泵站虹吸式出水管虹吸形成时间的研究成果。

结论摘要：

本基金项目采用理论分析、物理模型实验和泵站现场测试相结合的研究方法，对泵站虹吸式出水管原模型间虹吸形成时间比尺效应问题进行了系统研究。针对泵站虹吸式出水管虹吸形成过程的水流运动特征，对虹吸形成过程进行了典型阶段划分，将虹吸形成阶段划分为水力驱气阶段、水力挟气阶段和虹吸稳定流阶段。应用基于 定理的因次分析方法，对虹吸式出水管虹吸形成过程中水力驱气阶段、水力挟气阶段和虹吸稳定流阶段水流特征量进行了量纲分析，提出了虹吸各阶段应遵循的流体力学相似准则。理论分析结果表明，在以重力相似条件下建立物理模型时，对于虹吸形成过程的水力挟气阶段和虹吸稳定流阶段，模型在这两个阶段的历时与原型相似；在水力驱气阶段，虹吸形成时间除受到弗劳德数影响外，还受到韦伯数和欧拉数的影响。在进行虹吸式出水管模型实验研究时，仅保持重力相似的模型装置而不考虑韦伯数及欧拉数的影响，虹吸形成时间将偏小，造成原模型间比尺效应问题。对典型泵站虹吸式出水管虹吸形成过程进行了现场测试研究，得到了泵站原型虹吸式出水管虹吸形成过程的基本规律。基于泵站原型虹吸式出水管现场测试结果，针对性建立了系列比尺虹吸式出水管物理模型装置系统，并通过系列比尺虹吸式出水管模型虹吸形成时间的实验成果，系统分析了虹吸式出水管原模型虹吸形成时间比尺效应的量化影响。实验研究结果表明，原模型虹吸式出水管虹吸形成时间的差异与模型几何比尺相关，比尺越小，误差越大，虹吸形成时间原模型间比尺效应越明显。通过对系列比尺虹吸式出水管模型虹吸形成时间特性的归纳与总结，在虹吸形成时间与无因次数关系式的基础上，得出了原模型虹吸形成时间换算的经验公式。经验公式对依靠实验手段精确预测原型泵站虹吸形成时间具有重要的理论意义和应用价值。