挑坎型掺气减蚀设施过流掺气特性研究

采用一维激光测速系统，对掺气减蚀工程中常用的直线型挑坎的流场特性进行试验研究．通过测量挑坎上及空腔区水流的流速分布及紊动特性，探讨通气量与紊动强度的关系．同时在深入研究流场特性和掺气机理的基础上，通过分析影响掺气的因素，从理论上探求临界掺气流速的计算，重点分析挑坎型掺气过流在空腔负压较大的情况下，临界掺气条件的理论预测，并通过试验资料验证了该计算方法．在此基础上，还进一步研究了掺气量的计算公式及其变化规律．     

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。     

明流泄洪洞掺气减蚀设施优化试验研究

通过水工常压模型试验，对高水头、大单宽流量、小底坡龙抬头式明流泄洪洞掺气坎进行了系统的试验研究及优化试验，提出了一种新型的V形掺气挑坎。该掺气坎的空腔长度沿水流的横断面方向是连续变化的，射流挑距两边长、中间短，尽管最小空腔的长度可能已小于临界值，但由于最大空腔长度仍远大于临界值，在其作用下，便可使回流退去，空腔恢复，保证一定的通气量。这对类似工程掺气设施的合理设计有十分重要的参考意义。     

低数、小底坡泄洪洞掺气设施研究

泄洪洞具有高流速、低Fr数和小底坡的特点,掺气空腔容易产生回水,布置掺气设施的难度较大。采用模型试验和理论分析相结合的方法对泄洪洞掺气设施进行研究。通过比较掺气挑坎高度、坡度、坎后底坡及衔接形式,分析这些特征参数对空腔回水、通气量及流态的影响,拟合了空腔无回水的临界Fr数与挑坎高度的关系式,总结了掺气设施体形优化方法,研究成果已被实际工程所采用。     

大底坡急流弯道通气减蚀水力特性研究

本文结合黑河引水一期工程，石砭峪水库泄洪洞急流弯道通气挑坎的水力特性试验，对通气挑坎下游射流水股沿程各断面的掺气浓度分布，坎后空腔长度，下游水流以挟气能力和保护长度进行了研究分析，并对通气减蚀工程措施结构尺寸的选择进行了探讨。     

大底坡急流弯道通气减蚀水力特性研究

本文结合黑河引水一期工程，石砭峪水库泄洪洞急流弯道通气挑坎的水力特性试验，对通气挑坎下游射流水股沿程各断面的掺气浓度分布，坎后空腔长度，下游水流挟气能力和保护长度进行了研究分析，并对通气减蚀工程措施结构尺寸的选择进行了探讨。     

基于正交设计的掺气坎体型设计数值模拟研究

考虑挑坎坡度、挑坎高度等9项可能影响掺气坎空腔特性的参数,按照正交设计进行数值模拟试验.在试验基础上,采用极差和方差分析手段,以掺气空腔的外空腔长度、内空腔长度、通气孔进气情况和槽口出流速度为评价指标,对影响掺气坎空腔特性的9个参数进行分析.结果表明:影响掺气坎外空腔长度的诸多因素中,缓坡平台长度是主要因素,其他因素的影响相对较小;U型槽高度对掺气空腔内空腔长度起控制性作用,其他因素影响很小;对于通气孔进气情况和槽口出流速度,9个因素的影响都相对较小.与试验建议方案比较结果表明,通过正交设计分析所选出的最优方案,其水力特性指标均优于其他方案.说明正交设计分析方法是合理的,可行的.所得成果为工程实际中掺气坎体型的设计提供了依据,对于设计行之有效的掺气设施有实际意义.     

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。     

掺气折流器对侧空腔和底空腔长度的影响

在突扩突跌掺气设施中，为保证掺气效果，增加底空腔的长度，加设折流器是有效的工程措施。试验证明，折流器坡度和高度对空腔长度均有影响，较高的折流器增加空腔长度明显，且使底空腔与侧空腔贯通，有利于底空腔充分掺气。回溯水流使底空腔变短，有效空腔长度是影响掺气效果的重要因素。在空腔长度的计算中应综合考虑，顶板坡角，跌坎挑角和折流器体型的影响，得出的计算公式有实际应用和理论意义。     

设掺气挑坎渥奇面流场数值模拟计算研究

采用了引入VOF法的κ～ε紊流模型方程对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了数值模拟研究,共模拟了两种挑坎布设位置的方案.本模型采用有限体积法对控制方程进行离散,计算了挑流流场和掺气空腔,并通过与模型试验数据对比验证,证实该模型可较精确地模拟实际流场.分析表明:相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游,且流态稳定,下游掺气较佳,可较成功地解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该数值模型结果对掺气挑坎设计选型及位置优化有指导意义.     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

跌坎型掺气槽过流的掺气特性

本文在分析实测资料的基础上，探讨了无挑角跌坎型掺气槽空腔区水舌的掺气特性，并重点研究了射流水舌的掺气超始流速，掺气层厚度，断面浓度分布以及通气量等参数的理论预测。     

SIMULATION OF THE ATOMIZED FLOW BY SLIT TYPE BUCKET ENERGY DISSIPATOR

1.INTRODUCTION Inhydroelectricengineeringifwaterdischar gesfromtheflipbucketatcertainhighspeed,at omizedflowwouldformowingtothespreadingof theaeratedjetandsplashingasthisaeratedjetim pingeswiththewaterdownstream.Thisatomized flowmaythreatenthesafetyofthehydroelectric engineering,sometimesevencausescertainharm sincethisflowmightproduceheavyrainaswellas heavyfoginacertainareajustdownstreamofthe damundertheinfluenceofupstreamwindand downstreamtopography.Thepurposetostudythe atomizedflowisjust…     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON SOUND SPEED PROPAGATING THROUGH HIGH SPEED AERATED FLOW IN OPEN CHANNEL

An experiment concerning the sound propaga-tion in aerated open channel flow was designed and conductedin a variable slope chute. The acquisition of sound data wasdone by the hydro-phones installed into the bottom wall of thechute. The data were analyzed and processed by the tape re-corder and a 3562A analyzer. The primary experimetal resultsindicated that the sound speed in aerated flow is varied with the air concentration and highly lower than each of the soundspeed in pure water or air. As released by the derived theoryformula, the minimum sound of 24m/s in aerated flow hap-pened when the air concentration achieved to 50%. This resultshows that the compressibility of high speed aerated flowshould be considered when the air concentration is near to50%. A criterion of compressibility of high speed aerated flowwas also giv. En in this paper.     

明渠自掺气水流掺气浓度分布Wood模型的改进研究

本文对明渠自掺气水流均匀流区掺气浓度分布的Wood计算模型建立中的两条基本假设进行了改进,在考虑掺气水流水气二相间相互作用的条件下,建立了气泡上浮速度和紊动扩散系数的计算式,并运用紊动扩散方程,导出了掺气均匀流掺气浓度分布的计算公式。计算值与实测值吻合良好。     

空气射流动力学特征与冲沙作用试验研究

针对空气射流冲沙方法目前相关理论研究还不够深入的现状，利用水下排气冲击细颗粒床沙，对空气射流的动力学特征与冲沙作用进行水槽试验。在空气射流清水试验中，总结归纳了羽流发展的4个阶段，通过正交试验信噪比分析发现气压是羽流下切长度的主要影响因素，局部紊动强度随空气射流压强的增大而增大，且沿横向迅速衰减。在气动冲沙浑水试验中，总结归纳了冲沙坑的3个发展阶段，通过正交试验信噪比分析确定了影响冲沙效果的显著因素，并利用方差分析建立冲沙效果回归方程，预测值与实测值对比结果表明该方程预测效果较好。     

Laboratory model study of the effect of aeration on axial velocity attenuation of turbulent jet flows in plunge pool

In the laboratory model experiment, the velocities of the jet flow along the axis are measured, using the CQY-Z8a velocity-meter. The velocity attenuations of the jet flow along the axis under different conditions are studied. The effects of the aeration concentration, the initial jet velocity at the entry and the thickness of the jet flow on the velocity attenuation of the jet flow are analyzed. It is seen that the velocity attenuation of the jet flow along the axis sees a regular variation. It is demonstrated by the test results that under the experimental conditions, the velocity along the axis decreases linearly. The higher the air concentration is, the faster the velocity will be decayed. The absolute value of the slope K increases with the rise of the air concentration. The relationship can be defined as K = AC_a +K_b. The coefficient A is 0.03 under the experimental conditions. With the low air concentration of the jet flow, the thinner the jet flow is, the faster the velocity will be decayed. With the increase of the air concentration, the influence of the thickness of the jet flow on the velocity attenuation is reduced. When the air concentration is increased to a certain value, the thickness of the jet flow may not have any influence on the velocity attenuation. The initial jet velocity itself at the entry has no influence on the variation of the velocity attenuation as the curves of the velocity attenuation at different velocities at the entry are practically parallel, even coinciding one with another. Therefore, improving the air concentration of the jet flow and dispersing the jet flow in the plunge pool could reduce the influence of the jet flow on the scour.     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D AERATED JET BEHIND FLIP BUCKET OF OVERFLOW DAM

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＪｅｔｆｌｏｗｗｉｄｅｌｙｅｘｉｓｔｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｔｈｅｎｃｅｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｆｌｏｗｉｓｖｅｒｙｉｍ ｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅ ,ａｎｄｍｕｃｈｗｏｒｋｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ,ｎｕｍｅｒｉ ｃａｌｍｏｄｅｌｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｊｅｔｆｌｏｗ [1 ] 　 .Ｙｅｔｕｎｔｉｌｎｏｗｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅｊｅ…     

明流泄洪隧洞中自掺气水流浓度分布及其计算

通过对明渠和明流隧洞中自掺气水流的对比试验，研究了明流隧洞中洞顶的存在对掺气浓度分布的影响。试验结果表明：洞顶的存在可导致洞顶附近掺气浓度分布随高度的增加而减小的情况，同时，在水点跃移区的中上部高含气段，掺气浓度亦有所减小，甚至全断面掺气浓度均低于99%.根据有无顶盖时水点通量守恒的条件，建立了一个计算明流泄洪隧洞中自掺气水流掺气浓度分布的理论公式，并在适当的假设前提下，对公式作了简化并对洞高分别为9cm和10cm情况下，不同流量、不同余幅的掺气浓度进行了计算，计算结果与试验资料吻合较好。     

CAVITATION CONTROL BY AERATION AND ITS COMPRESSIBLE CHARACTERISTICS

1. INTRODUCTION So far a lot of high dams that are greater than 100 m in height have been constructed in China. And many super high dams over 200 m in height, such as those at the Ertan and Longtan Hydropower Stations, were completed or are under construc…