高海拔地区气压环境对高速水流空化特性的影响

为定量评价高海拔地区的低气压环境对水流空化特性的影响程度,通过理论计算单气核临界压强在不同气压条件下的变化,分析单气核临界压强变化对初生空化数的影响程度,并进行不同海拔高程下水流空化数的敏感性分析。研究成果表明:低气压环境下,气核初生空化数和水流空化数均减小,但水流空化数减小的程度远远大于初生空化数减小的程度,其他条件相同的前提下,高海拔地区的高速水流空化空蚀风险增大。研究结论可为高海拔地区高速水流的空化空蚀设计和评价提供参考。     

判别泄洪洞反弧段发生空蚀的水力特性标准

 搜集了国内外已建工程龙抬头式泄洪洞的运用情况共22例， 对其中一些工程发生空蚀破坏的原因、条件进行了综合分析。提出可以用泄洪洞作用水头、反弧末端平均流速及反弧段水流空化数等3项水力特性的界限值， 作为判别龙抬头式泄洪洞反弧段是否会发生空蚀的水力特性标准。     

大型泄洪洞高速水流的研究进展及风险分析

高水头、大流量泄洪洞内高速水流问题主要问题之一是水流空化引起过流表面空蚀。几个实际工程泄洪洞发生空蚀破坏的实例表明反弧段下游一定范围是容易发生空化空蚀的敏感部位，其主要原因是由于反弧段内的水流流速高，流态复杂，在水流离心力的作用下沿程压力梯度大，水流掺气条件差，缺乏有效的掺气保护。掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施，对水流进行三维掺气的减蚀技术有了较大进展。“龙落尾”式和 “龙抬头”式是高水头、大流量泄洪洞的两种常用布置型式，风险分析认为“龙落尾”式泄洪洞布置对地形地质的适应性更好，即使发生事故对大坝的安全威胁小，也更具有抗风险的能力。     

高海拔因素对大型泄洪洞水力特性及通风补气影响数值模拟研究

为了保证泄洪安全，大型泄洪洞通常设置掺气减蚀设施和通风补气系统。随着海拔高度增加，大气压、大气密度将会显著降低，这些变化可能会对泄洪洞水流流态和通风补气造成不利影响。在考虑高海拔因素的前提下，采用RNGk-ε紊流模型和Mixture多相流模型对某大型泄洪洞的水气两相流场进行了数值模拟。研究发现：随着海拔高度增加，泄洪洞内的水流运动特性不受影响，但水流空化数显著减小，增加了空化空蚀风险；通风补气系统内的气流体积流量基本维持恒定，但质量流量会因为大气密度的减小而减小。在高海拔地区建设大型泄洪洞，建议按水流空化数设计掺气设施，并适当放大补气通道的尺寸以控制风速，以免产生有害噪声。     

磨子潭水库泄洪洞空化、空蚀问题分析与探讨

本文结合磨子潭水库泄洪洞减压模型试验,对泄洪洞空化、空蚀产生的原因进行分析与探讨,并结合工程的实际情况,提出改建方案与措施,以消除泄洪洞空化、空蚀现象,确保泄洪洞运行安全.     

构皮滩泄洪洞掺气设施试验研究

构皮滩泄洪洞洞内水流的流速高,沿程空化数小,存在高速水流空蚀破坏的可能,应采取掺气减蚀措施.通过模型比尺为1∶50的水工模型试验,对不设掺气设施的泄洪洞施测流量、压力、水面线等物理量,并计算沿程空化数,确定掺气设施布置位置;综合分析前人研究成果和已建工程原型观测资料,结合构皮滩泄洪洞的具体情况,对掺气设施进行试验研究.通过试验研究,提出了构皮滩泄洪洞掺气设施采用V形掺气坎,为泄洪洞掺气设施的选型设计提供参考.     

深孔泄洪洞工作（闸）弧门下游水流空化特性分析

深孔泄洪洞工作弧门下游体型及弧门开启方式决定着水流流态的变化,选择不合理有可能引起底板的空蚀破坏。为了明确与此相关的空蚀发生机理及条件,通过水力学模型试验,并结合简单数值模拟计算,对不同体型、不同水头、不同开度条件下的水流空化与空蚀特性进行研究。研究结果表明:受弧门出口射流流场分布影响,弧门下游抛物线及下游陡坡初始段底板压强随着底板以上总水头的增加及弧门开度的减小会快速下降,最大负压接近或超过-14 k Pa,连接闸室与抛物线之间的水平段长度增加5 m,虽然可以使底板压强有一定幅度增加,但高水头、小开度工况下的水流最小空化数仍然比较小,最小值不足0.2;如果以0.2作为抛物线及其上下游段水流初生空化数,同时底板的施工不平整度有所控制,则总水头40 m时弧门最小开度可以达到1/4,若总水头增加至65 m时,弧门只能全开或3/4开度运行,低海拔地区或水平段加长5 m后最小开度可到1/2~3/4。     

窄缝式表孔流态及水流空化数研究

高山峡谷高水头泄水建筑物的布置,需要考虑如何减免水流对河道的冲刷、倾砸岸坡及高速水流对建筑物的空化空蚀等问题.本文结合具有上述特点的某电站溢流表孔体型,选用窄缝式挑坎挑流,采用在直线段设置掺气设施的措施,较好地解决了工程问题,并对其流态及水流空化数进行了研究.试验表明,表孔体型设计合理,流态稳定,挑坎段可形成典型的窄缝流流态,并结合水流空化数对表孔的运行条件进行了优化.     

泄洪洞反弧段下游空化特性分析

泄洪洞反弧段下游的空蚀是工程中的一个重要课题。许多研究者从压力分布和体型曲线进行过研究,但对其空化特性研究甚少。本文对动水压力分布及水流紊动对空化影响,空化在低压区发展进行了研究。     

水流初生空化噪声机理分析及试验研究

根据水流的初生空化特性,对其发生发展过程在模型和原型进行系统的试验观测。试验和理论分析表明,水流的初生空化和空蚀可以利用常压水洞来模拟。与减压箱试验结果的比较可知常压水洞更可信和合理。水流的初生空化噪声频率不仅与汽化压力和流体的特性有关,而且还与流体的环境压力分布和速度分布有关,与空化类型关系更为密切。试验和计算表明初生空化噪声频率的分布频段为10kHz—12.5kHz。     

HYDRAULIC RESEARCH OF AERATORS ON TUNNEL SPILLWAYS

The selection of the configuration and size of an aerator was of importance for a tunnel spillway under the conditions of high speed flows. Experimental investigations were conducted on the effects of entrained air on the tunnel spillway in the Goupitan Project, based on the criterion of gravity similarity and the condition of aerated flow velocity of over 6 m/s, with physical models. The configurations of the aerators were presented of a larger bottom air concentration, to protect the tunnel spillway from cavitation as well as to see no water fills in the grooves.     

3-D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW THROUGH AN ORIFICE SPILLWAY TUNNEL

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｔｐｒｅｓｅｎｔ ,ｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄａｒｅｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ ,ｔｈｅｄａｍｓａｒｅａｌｓｏｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒ ,ｓｏｉｔｉｓｖｅｒｙｉ     

溢洪道底板空蚀发生位置及抗空蚀措施分析

以肯斯瓦特水利枢纽工程为例,通过水工模型试验,测试其设计水位工况下和泄洪消能标准水位工况下溢洪道泄洪时底板的流速及压力分布,并根据空化理论模型对其底板沿程空化数进行了计算。结果表明:可以通过溢洪道流速特性和底板压力分布来分析过流面的空化空蚀特点;在实际工程中,可采用优化过流面的体形、设置掺气减蚀设施、控制溢流面的不平整度以及使用抗空蚀材料等方法来防止空化和空蚀的发生。     

二滩水电站1号泄洪洞水力特性与掺气减蚀的三维数值模拟

基于VOF法和k-ε紊流模型,对二滩1#泄洪洞进行了全流道三维数值模拟计算,获得了泄洪洞的流场及速度场、压力分布、水相分布及空腔、流速矢量等水力特征参数。计算结果表明:在原有体型通气孔侧墙部位,水流掺气不充分,出现局部负压,是造成该部位发生空蚀破坏的主要原因。本文所采用的数值模拟模型计算可以成为研究泄洪洞水力特征和掺气减蚀的一种方法。     

龙抬头泄洪洞反弧段空化空蚀研究综述

根据国内外大量的工程实例,在前人研究的基础上,系统总结了龙抬头泄洪洞反弧段空化特性和空蚀成因,分析了反弧段掺气减蚀和抗蚀体型的现有成果.体型优化和掺气设施研究,数值试验具有花费少、适应能力强、提供的流场资料详细、便利方案选择等优点.     

小湾水电站泄洪洞抗冲耐磨混凝土施工综述

小湾水电站泄洪洞在泄洪时具有高水头、高流速、泄量大的特点,对混凝土冲刷力强,容易产生空蚀破坏.通过合理选择浇筑措施、优选配合比、有效的温度控制以及合理的养护,目前,泄洪洞各方面质量均满足要求,且未发现裂缝.泄洪洞抗冲耐磨混凝土施工及质量控制的成功,为减小泄洪洞过流面空蚀和抗冲耐磨提供了保障.     

明流泄洪洞水力特性的二维数值模拟与试验研究

为了使明流泄洪洞满足设计泄流量和校核泄流量要求,对其结构进行了优化设计,并根据垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底引黄工程泄洪洞实际工程,建立了明流泄洪洞泄流数学模型。计算中引入FLUENT软件中的VOF(Volume of Fluid)模型和Mixture模型进行数值计算,得到了设计和校核水位条件下泄洪洞泄流能力、水深沿程分布、水流空化数以及断面流速和压强及挑距,并将部分计算结果与模型试验结果进行比较分析,结果表明两者吻合较好。因此采用FLUENT软件研究明流龙抬头泄洪洞的水力特性是可行的,为该项软件应用于实际工程提供了理论依据。     

锦屏一级水电站泄洪洞的掺气减蚀及消能防冲问题

锦屏一级水电站泄洪洞具有“大泄量、特高水头、超高流速”的特点,高速水流空化空蚀问题非常突出。为了解决其掺气减蚀、泄洪消能防冲及出口挑流河道归槽的问题,锦屏一级水电站在泄洪洞的龙落尾、掺气坎、补气洞及出口挑坎等关键部位采用了特定的工程技术。对这些特定工程技术的模型实验结果、原型观测资料及设计规范进行了分析,并结合乌江渡水电站、二滩水电站等工程评价了规范的适用性。分析结果表明锦屏一级泄洪洞的洞顶余幅、龙落尾体型、出口燕尾坎消能工等设计合理,掺气设施的掺气保护满足要求,补气及通气系统效果良好,没有发生空化空蚀现象。同时,在掺气空腔长度、风速、补气量、泄洪雾化等方面的模型缩尺效应明显,需要后续工程在设计阶段予以重视并进行更为深入而细致的研究。