洞式溢洪道掺气减蚀设施的体型优化研究

有关高速水流泄水建筑物掺气设施体型优化方面的研究还没有成熟的理论方法,此研究拟通过模型试验的方法取得掺气减蚀设施的体型优化成果。结合大渡河猴子岩水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,根据规范,采取3道掺气设施,并对掺气设施挑坎坡度、高度和跌槽深度对比选优,对高水头溢洪道掺气减蚀设施进行优化研究。试验表明,通过改善掺气设施型式,可以有效减免反弧段空化和气蚀。成果可供设计高水头、大流量洞式溢洪道掺气设施体型参考。     

论掺气减蚀

根据国内外大量的工程实例，对掺气减蚀作用、掺气减蚀风险、“龙抬头”式泄洪洞反弧的掺气减蚀问题，掺气槽的数量及掺气槽的布置方法进行了广阔的讨论，得到了几个实用性结论，供有关设计、科研人员参考。     

大型“龙抬头”明流泄洪洞小底坡掺气减蚀设施的选型研究

本文介绍“龙抬头”式明流泄洪洞掺气减蚀的试验成果。推荐一种适用于高流速、大单宽流量、小底坡明流泄洪洞的新颖U型槽式掺气坎。同时根据水力模型试验和原型观测资料,及前人研究成果综合分析,对掺气减蚀设施的选型提出了设计原则和意向性意见。     

结合糯扎渡水电站溢洪道模型试验探讨坎槽式掺气减蚀工程措施一般规律

文章结合糯扎渡水电站的溢洪道掺气减蚀措施研究探讨了坎槽式掺气减蚀工程措施的一般规律，对类似的工程具有参考价值。     

浅论掺气设施的消能作用

掺气减蚀设施不仅能有效地减缓空蚀和磨蚀的发生,而且具有一定的消能作用.结合某水电站溢洪道的模型试验研究,分析了溢洪道掺气减蚀工程措施的消能效果,并首次定量地计算了消能率.试验和计算结果表明,在高水头、大单宽流量溢洪道中每道掺气挑坎的消能水头为2～5 m,随着级数的增加消能水头逐渐增加.试验还表明,在满足掺气要求和水流流态平稳的条件下,尽可能多设置掺气设施不仅不会增加工程量,还可以降低泄槽因高速水流冲刷破坏的风险,而且有利于下游消能防冲设计的优化.     

掺气减蚀技术及掺气设施研究进展

为优化掺气设施体型并对其水力特性进行研究,在已有理论研究成果与工程实践经验基础上,从水流掺气减蚀机理、掺气水流运动特性及掺气设施体型及布置三方面评述了水流掺气减蚀技术研究进展。针对目前掺气减蚀技术研究中存在的不足,认为今后应进一步加强多泡情况下空化泡-空气泡-边壁微观作用机制,近壁(底板、侧壁)水体掺气浓度、气泡特征的沿程演变规律,复杂条件下掺气设施体型优化等方面的研究。     

水利枢纽溢洪道掺气坎槽体型研究

结合糯扎渡水利枢纽溢洪道掺气减蚀模型试验研究，根据试验资料，利用回归分析，拟合出关系曲线，建立了坎高与水深、流速、溢洪道底坡、挑坎挑角关系的经验公式，并通过已建成的工程实例来验证公式的实用性．该公式对掺气坎槽选型提供了依据，可供设计与模型试验阶段参考。     

六都寨水库溢洪道掺气减蚀试验研究

本文介绍了六都寨水库岸边溢洪道通过不同比尺模型试验进行掺气减蚀研究的情况。文中提出如下结论:溢洪道陡槽掺气设施以坎、槽组合型为最优;槽宽30～40m的陡槽在每坎两侧对称布置一个侧向进风塔即可满足槽身横向均匀掺气的要求,塔型以喇叭型进口矩形直塔为佳;其尺寸以控制原型风速不大于50m/s为宜;根据掺气浓度分布确定陡槽掺气保护长度为60m,设三道掺气坎。此外,文中还对设坎后陡槽流态与时均、脉动压力的变化做了分析研究。试验研究成果已为工程设计所采用。     

坎槽式掺气减蚀措施在溢洪道设计中的应用

文章总结了糯扎渡水电站左岸开敞式溢洪道模型试验的成果,并介绍了溢洪道坎槽式掺气减蚀工程措施的选择和设计,对类似的工程具有参考价值。     

乐昌峡水电站溢流坝掺气减蚀研究

乐昌峡水电站溢流坝属高水头、大流量泄水建筑物。通过水力模型试验研究,对乐昌峡水电站溢流坝溢流堰面曲线、掺气坎等进行了优化,改善了其运行水力特性和掺气减蚀效果。     

弧门突扩跌坎掺气减蚀应注意的问题

偏心铰弧形闸门门座结构特殊，水流条件复杂，对其进行总结，提出注意事项，找出发生空蚀的原因及改善优化措施是十分必要的。本文综述了多项有关试验成果及观点，认为偏心铰弧闸门突扩跌坎减蚀的最佳体型，不仅要满足这种闸门止水结构的要求，而且要有较优的掺气性能，确保掺气减蚀的各项参数的要求。此外，还介绍了研究三峡工程深孔弧门突扩跌坎掺气减蚀的工况和继续深入研究的必要性。     

平底泄洪洞掺气设施体型研究

掺气减蚀是减免泄水建筑物空化空蚀的常用方法,但对于一些小底坡泄洪洞,如果采用常规的掺气设施结构,掺气空腔往往会被淹没,使其失效反而成为空化源。小底坡泄洪洞的掺气设施体型设计一直是掺气减蚀研究的难题。文章针对平底泄洪洞的掺气减蚀,通过理论分析和1/30的大比尺模型试验,进行了四个方案的对比研究,提出了一种新型的挑坎下游加设贴坡的掺气设施,有效地抑制了空腔回水,获得了稳定的掺气空腔,并且通气量、气水比等掺气特性指标都有明显改善。     

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。     

泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀试验研究

龙抬头明流泄洪洞采用常规的底部掺气设施，容易在反弧末端下游附近侧墙处形成掺气盲区，从而导致该侧墙的空蚀破坏，反弧末端下游侧墙是龙抬头明流泄洪洞掺气减蚀设计的重点和难点。文中通过大比尺的模型试验，系统分析了侧墙贴角及边墙突扩两类反弧末端侧向掺气设施的水力掺气特性，试验表明，这两类侧向掺气设施均能有效消除反弧末端下游附近侧墙上的掺气盲区，达到减免侧墙空蚀的目的。     

某溢洪道掺气方案优化研究

高水头、大流量的泄水建筑物中易发生空蚀破坏,结合西北某水电站溢洪道工程实例,通过单体水工模型试验,开展溢洪道掺气减蚀研究。试验结果表明:各洪水频率条件的溢洪道泄槽流速较大,水流空化数小于0.3,需要设置掺气减蚀设施。通过分析3种不同掺气设施的减蚀效果可知,挑坎式掺气能缓解空蚀,但下游伴有不同程度的溅水;凸型坎掺气能形成稳定的空腔,且下游无溅水发生;坎槽式可使泄槽内形成稳定的空腔和流态,且易施工,为最优掺气设施。在最优掺气设施中,掺气坎至鼻坎前端掺气浓度较高(0.9%～63.1%),掺气效果良好,达到了掺气减蚀目的。研究结果可为该工程后续消能防冲研究及类似工程的掺气减蚀研究提供理论指导与技术支撑。     

巴贡水电站溢洪道掺气减蚀试验研究

结合马来西亚巴贡水电站掺气减蚀试验研究,对巴贡水电站溢洪道掺气设施的位置、掺气设施的间距、原型通气量的估算等问题进行了分析总结,并提出了一种新的掺气槽体型.这种体型通过在掺气槽与原底板之间采用抛物线连接,使下游底板局部体型与挑射水流下缘形状接近,从而使掺气坎挑射水流与底板的夹角变小,消除了挑射水流产生的回水,较好地解决了掺气槽气腔积水问题,可供其它工程参考.     

水流掺气设施布置型式的研究总结与展望

泄水建筑物在高速水流的作用下常发生空蚀破坏,通常工程中采用掺气减蚀措施来达到对水工建筑物保护的目的。为了总结不同的水流掺气布置型式在高水头大流量的泄流建筑物中的可利用性和重要性,以及各自的主要特点及优缺点,综述了不同型式的掺气措施的结构、原理和工程应用;并对在不同的水力条件下掺气设施布置型式的优化选择及掺气设施布置型式的相关研究进行了总结与展望。     

水布垭枢纽泄水建筑物主要水力学问题研究

水布垭水利枢纽泄水建筑物包括左岸5孔岸边式溢洪道及右岸1条永久放空洞.放空洞主要承担工程施工期后期导流及完建后大坝检修时放空水库的任务,具有水头高、流速大、运行时间长、水位变幅大等特点;溢洪道则承担常年泄洪重任,具有大流量、窄河谷、高落差且下游地质环境较差的特点.根据该工程系列水工模型试验成果,对泄水建筑物的主要水力学问题,如:消能防冲、掺气减蚀、空化空蚀、泄洪雾化等进行了综述,具有一定的参考价值.     

底部掺气设施水流掺气量的计算

掺气减蚀是高速水流泄水建筑物减免空蚀破坏的重要措施。为了有效地实现掺气减蚀,必须使通过掺气设施后的强迫掺气水流达到一定浓度的掺气量。利用本文提出的掺气坎射流轨迹的微分方程计算出了掺气空腔长度,并通过掺气坎供气系统的供气量与水流掺气量的平衡,给出了一种通过计算掺气坎射流空腔负压来确定水流掺气量的计算方法。计算结果与试验结果吻合良好。利用该方法,可对通风系统和掺气坎的设计体型进行初步验算,以判别掺气设施能否满足掺气减蚀要求。     

龙抬头式泄洪洞反弧末端边墙掺气减蚀设施的研究

高水头龙抬头式明流泄洪洞发生空蚀的部位一般位于反弧末端下游边墙及底板上，因此研究该部位的掺气减蚀设施具有十分重要的应用价值。结合二滩水电站1号泄洪洞，研究了反弧段边墙掺气问题，基于掺气挑坎设计中应遵循的基本原则，提出了一种新型的斜侧收缩式掺气挑坎体形，并分析了影响侧收缩掺气挑坎挟气量及挑坎下游水流流态的因素。