泄洪洞反弧末端掺气减蚀研究

对高水头、大单宽流量、低佛氏数、小底坡长明流泄洪洞，在反弧段末端采用常规的掺气坎往往难以取得理想的掺气效果，同时，反弧段下游边墙易出现空蚀破坏。本文在大比尺模型试验的基础上，提出了竖向、纵向及横向三维均连续变化的新型掺气坎，并对比分析了掺气坎三维体型的变化对掺气特性的影响。试验表明，空间三维连续变动的V型坎能使挑射水流形成连续变化的空腔长度，较二维掺气坎在上述特点的泄洪洞中能形成稳定的空腔形态、减小空腔回水并提高挟气量。试验同时表明，泄洪洞反弧末端掺气坎后空腔段水流动水压强小、水流空化数低，容易出现空化；同时，反弧段下游水流表面自掺气尚不够充分，底部强迫掺气尚未充分扩散，致使反弧段下游附近边墙存在较大范围的掺气盲区，从而容易导致反弧段下游边墙的空蚀破坏。     

泄洪洞掺气减蚀设施空腔回水研究

泄洪洞内高速水流空化引起过流表面空蚀一直以来都是一个值得关注的问题,掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施。以某水电站泄洪洞明流泄槽的掺气设施为例,从对掺气坎体型增加坎高、加设坎下平台、加设下游陡坡、圆弧形底板等多个角度进行了探索比较优化。研究成果表明:挑跌坎掺气槽后接圆弧底板布置形式,较好地解决了掺气坎下游水流反向漩滚和空腔回水的问题。这一成果为类似掺气设施的布置提供了参考。     

低佛劳德数掺气坎空腔回水问题研究

为解决低佛劳德数缓坡泄洪洞掺气坎空腔易发生水流回溯，影响进气的问题，结合大渡河大岗山水电站泄洪洞，采用k-ε紊流模型对连续式掺气坎、连续式掺气坎加局部陡坡以及U型掺气坎加局部陡坡三种体型的掺气坎进行了数值模拟和物理模型试验，结果表明设置U型掺气坎可以有效地抑制水流回溯，稳定掺气空腔，消除空腔内积水，增大气水交界面积，提高掺气效率，而且具有体型简单等优点。     

溪洛渡水电站大型泄洪洞龙落尾掺气减蚀设计优化研究

溪洛渡水电站泄洪洞龙落尾段沿程水流流速增加,压强和空化数沿程降低,相应带来空蚀破坏问题。为了达到较好的掺气减蚀效果,采用物理模型试验研究方法,对龙落尾段底板挑坎+突跌及侧墙收缩体型进行了研究,研究了底板掺气空腔与侧墙掺气空腔之间的相互关系。在确定底板掺气体型下,对侧墙掺气进行了详细研究,以保障掺气设施下游侧良好的水流流态和稳定的掺气空腔形态,对底板和侧墙起到保护作用。     

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。     

泄槽底坡对掺气坎射流空腔积水的影响

通过作者建立的掺气坎射流曲线方程和掺气空腔积水方程,分析计算了泄槽底坡对跌坎型、挑坎型和挑跌坎型3种掺气坎掺气空腔积水的影响.计算结果表明,泄槽底坡对3种体型掺气坎掺气空腔积水的影响规律是一致的.随泄槽底坡增大,空腔积水减弱,最终消失;掺气坎后挑射水流与底板的冲击角随泄槽底坡增大而减小;不同体型掺气坎的临界冲击角是不一样的.研究成果可为掺气坎的设计提供参考.     

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。     

新疆某水利枢纽工程底孔工作闸室体型优化设计

通过对某水利枢纽工程底孔泄洪洞的模型试验研究,优化了底孔泄洪洞工作闸室段体型,改善了水流流态,并提出在底孔泄洪洞工作闸室段增加折流器体型修改方案.试验结果表明,修改方案有效地改善了水流流态,水流冲击边墙形成的水翅稳定.同时,通气孔内没有积水现象,能够形成稳定的侧掺气空腔和侧空腔,侧空腔和底空腔的长度明显增加,且各项水力指标满足设计要求.     

水电站一坡式高流速泄洪洞掺气减蚀的研究分析

针对某高坝工程左岸泄洪洞高流速运行特点,结合模型试验进行了全隧洞掺气减蚀的研究.通过对掺气槽体型、布置位置的调整优化,达到了全程掺气的目的,在此基础上,测定了掺气槽坎上风速、掺气量以及底空腔长度.采用γ-射线法测量了掺气水流的掺气浓度,并作出了相应评价,将每道掺气槽的影响范围控制在100~110 m左右,掺气浓度随沿程的增加呈减小的趋势.     

"龙抬头"泄洪洞高速水流掺气减蚀研究

高流速泄洪洞易发生空蚀破坏,甚至威胁建筑物安全,采用合适的掺气减蚀措施是减免空化、冲蚀破坏有效的技术手段。通过减压模型试验、理论计算分析、工程运用调研,对涔天河水库“龙抬头” 布置的２＃泄洪洞高速水流掺气减蚀开展了系统研究,提出了局部体型改进措施、衬砌平整度控制标准,及掺气坎布置与体型优化,简化了衬砌施工工艺,加快了施工进度,保证了工程质量。     

较缓底坡上掺气减蚀设施的研究

在较缓底坡上设置掺气减蚀设施的最大难题就是掺气坎后的空腔回水问题.空腔回水不仅影响掺气设施的掺气效果,而且还可能堵塞进气通道,使掺气设施失效.对此,国内学者已进行过很多研究,提出了凹形坎、凸形坎、V形坎等各种三维掺气坎体型,可以有效地减少空腔回水,改善通气效果,但是并不能完全消除空腔回水.金川水电站泄洪洞原设计底坡0.03,通过模型试验,最终采用一种底板下弯式掺气设施,可以形成稳定的掺气空腔,并能完全消除空腔回水,可供同类工程参考.     

大岗山水电站掺气坎数值模拟分析

对大岗山水电站1#掺气坎采用常规挑坎体型和新掺气坎体型进行数值模拟计算,分析水位工况下的水流流态、水流的压力分布、水流速度分布、空腔特性等。结果表明新掺气坎体型具有较好的掺气效果,对类似项目有一定的借鉴作用。     

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。     

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。     

苗家坝水电站溢洪洞掺气设施的试验研究

针对溢洪洞掺气槽的位置、体型以及渐变段的体型进行了5个大方案的试验研究和论证分析,提出的推荐方案具有流态好、便于施工、空腔水舌稳定、掺气槽内无积水及掺气浓度较大等优点,解决了溢洪洞的掺气问题,满足了设计要求.     

挑流反弧段水流掺气浓度的试验研究

通过泄槽水力学模型试验,研究了溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物挑流反弧段掺气浓度的沿程变化规律;分析反弧段掺气浓度分布与挑坎高度、挑流段反弧半径以及来流流量之间的关系,以期为优化掺气坎体型及掺气坎下游设施提供依据。试验结果表明,挑流反弧段水流表、中、底不同部位掺气浓度的沿程衰减率是不相同的;在试验范围内,挑流反弧段水流掺气浓度随掺气坎高和反弧半径的增大而增大,随流量的增加而减小。     

小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

岸边泄洪洞为小湾水电站3套泄洪设施之一，上游水位和泄洪洞出口挑流鼻坎落差超过200m。最大泄量达到3881m^3／s，具有典型的高水头大流量特点，泄洪水力学问题十分突出。采用三维数值模拟和1：35局部模型试验相结合的方法，对小湾泄洪洞新方案进行研究和优化，结果表明：泄洪洞长有压段进口体型布置基本合理；该设计方案明流段反弧末端掺气坎和明流直线段第一道掺气坎由于坎高和水流Fr数较小的原因，难于形成稳定的掺气空腔。通过降低泄洪洞反弧末端高程，提高水流Fr数以及在掺气坎下增设二级坡的方法，解决了难于形成掺气空腔的问题。     

河口村水库泄洪洞水力学关键问题研究

通过单体水工模型试验,研究河口村水库高流速泄洪洞的掺气减蚀措施,优化泄洪洞体型。结果表明:1#泄洪洞弧门后突扩突跌掺气体型合理,能形成稳定空腔,达到掺气减蚀目的;2#泄洪洞龙抬头末端突扩突跌掺气效果好,从洞身水面以上取气能满足掺气需求;2#泄洪洞鼻坎顶高程决定了其运行范围及方式,可低于下游最高洪水位。     

溪洛渡2~#泄洪洞掺气坎试验研究

在确定溪洛渡电站泄洪系统整体布置、泄洪洞的基本体型的情况下,通过比尺为1∶35的模型试验,对2#泄洪洞的掺气坎体形进行了深入细致的研究,得到了较为理想的底部掺气坎体形和侧墙贴角方式的侧掺气坎体形。     

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。