三峡工程泄洪深孔突扩跌坎式掺气的试验研究

 通过水工模型试验研究，对三峡工程泄洪深孔采用突扩跌坎式掺气，比较了明槽坡度、挑坎高度、侧向折流器型式、出口反弧半径，以及通气孔型式和位置等因素，以优化掺气设施，保证在施工导流期及正常运行期各级库水位下(135－175 m)均能形成稳定空腔，达到掺气减蚀的目的。同时，对此体型设计的一般规律和空腔长度计算方法进行了探讨。     

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。     

弧门突扩跌坎式通气减蚀研究应用综述

偏心铰弧形闸门门座结构特殊，水流复杂，实际运行中大多数是成功的，但也是少数发生空蚀破坏，应引起重视，找出发生空蚀破坏原因，提出改善优化措施，使工程应用建立在可靠的基础上。     

弧形闸门突扩跌坎式通气减蚀研究进展综述

偏心铰弧形闸门门座结构特殊,所处水流情况复杂,实际运行中大多数是成功的,但也有少数发生空蚀破坏。应找出发生空蚀破坏的原因,并提出改善措施,使工程应用建立在可靠的基础上。     

三峡工程泄洪深孔掺气减蚀设施研究述评

对三峡工程泄洪深孔掺气减蚀设施研究进行述评 ,认为弧门突扩门座结构特殊 ,所处水流情况复杂 ,对于掺气减蚀的效果还待进一步研究 ;根据工程实际运用 ,跌坎掺气减蚀设施是防止空蚀破坏最经济、最有效的办法 .建议采用跌坎掺气并对跌坎体型通气设施掺气浓度和缩尺效应进行深入研究 .     

不同跌坎体型对掺气减蚀的影响试验研究

空蚀不仅破坏泄水建筑物出口的过流表面,严重时还会导致主体工程失事。因此,需要采取一定的工程措施改变高速水流区的压力分布,以提高空穴数,进而达到减轻或消除空蚀破坏的目的,而在边坡位置设置跌坎进行人工强迫掺气正是一种可行的选择。本文针对德党河水库泄洪洞出闸水流可能发生的空化空蚀现象,通过模型试验研究,分别测试了0 m×0 m、0.14 m×0.14 m、0.28 m×0.28 m、0.42 m×0.42 m、0.56 m×0.56 m等不同跌坎断面尺寸对下游泄槽临底压力与流速分布及空穴数变化的影响。成果表明:随着跌坎断面尺寸的逐渐增大,测点空穴数变化明显,当跌坎尺寸超过0.42 m×0.42 m继续增大时,测点空穴数趋于稳定,亦即0.42 m×0.42 m和0.56 m×0.56 m的跌坎体型尺寸能够有效减轻泄槽底板可能出现的空蚀破坏。     

突扩跌坎掺气设施深化研究

高速水流下的空化空蚀和高水头下的闸门止水问题是高水头泄水建筑物运行所遇到的2大问题。为深入研究突扩跌坎掺气设施,进一步了解其水力特性和空化特性,以某水利枢纽孔板泄洪洞中闸室通气系统和突扩跌坎掺气设施为具体研究对象,通过建立比尺 1∶20 的局部水工模型,分析研究了通气孔风速、流态、压力、掺气浓度等水力特征参数,并将试验结果与原型观测结果进行了对比。结果表明:该工程布置的掺气效果良好,试验所得通气管内风速随闸门开度变化的趋势、水流掺气浓度、压力及其脉动在数值上与原型观测结果均一致,说明工程原型观测与模型试验对比验证是成功的。理论研究和实际运用均表明,结合闸门止水和掺气减蚀要求的突扩跌坎布置,是符合实际需求且安全可行的,同时也是解决高水头条件下闸门止水和掺气减蚀的有效措施,具有广泛的推广应用价值。     

泄洪洞突跌掺气坎后无压洞底坡段的变化对掺气影响的研究

针对大渡河金川水电站泄洪洞闸后突跌掺气坎空腔回水严重,造成泄洪洞掺气困难的问题,经过系列优化,提出了较优的掺气坎体型,同时针对导流工况低弗氏数情况下掺气坎效果不佳的问题,提出了导流期结束后再修建掺气设施的建议,可以为类似工程提供参考。     

突扩式跌坎消力池掺气特性试验

采用模型试验对突扩式跌坎消力池内水流的掺气浓度进行了量测,研究了来流条件、突扩比、水流流态对掺气特性的影响。结果表明：突扩式跌坎消力池掺气水流典型流态为水跃流叠加在射流之上,跃首被射流分裂成两部分,气泡跃移区在泄槽延长线范围内,长度较无突扩跌坎消力池有所减小,气泡悬移区长度有所增加,临底长度有所减小,突扩处为清水回流区,携带部分气泡;无突扩跌坎消力池底板掺气浓度呈降峰形曲线分布,各纵向断面沿程掺气浓度分布均匀;突扩式跌坎消力池底板掺气浓度呈升峰形曲线分布,掺气浓度在消力池底板1/4中线处最大,1/2中线处次之,靠近边墙处最小;在同一水力条件下,突扩式跌坎消力池底板掺气浓度较无突扩跌坎消力池有显著降低,且消力池底板掺气浓度不随突扩比的增大而减小。     

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。     

弧形闸门突扩突跌出口掺气设施体型研究

基于物理模型实验,对弧形闸门突扩突跌出口掺气设施的体型及其影响因素进行了详细的研究。试验结果说明:突扩突跌掺气设施形成复杂的水流流态,向上扩散的水流形成水翅,回到正常水面后,在其下游又会激起冲击波,向下扩散的水流形成水帘,增加底空腔的回溯水流;底空腔的长度与跌坎、挑坎的高低、下游泄槽坡度均呈正相关关系,但泄槽坡度越陡,下游泄槽水翅越严重;侧空腔的长度与侧扩宽度呈正相关关系,但与下游泄槽水翅的严重程度呈反相关关系。     

突跌突扩掺气坎水力特性的三维数值模拟

采取VOF方法和RNG紊流模型对某工程泄洪底孔突跌突扩掺气坎的三维水流进行数值模拟研究,得到了水面线、流速、压力沿程分布、水流空化数和掺气空腔特性等水力学要素,并将部分计算结果与模型试验结果进行了对比,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法来研究泄洪底孔突跌突扩掺气坎的复杂流场是可行的,但数值模拟方法还不能有效地预测掺气空腔的回水特性.     

某泄水建筑物底孔掺气减蚀措施优化试验研究

某工程泄水建筑物出口明槽段存在高流速、低空化数、低弗劳德数等较严重的空蚀问题。鉴于底孔原方案出口明槽段估算空化数较小,主要对出口明槽段减蚀方案进行了对比研究,并通过单体模型试验论证,结合工作弧门特殊的水封型式,提出了突扩突跌的掺气体形,通过优化试验研究和实践应用,较好地解决了明槽段的空蚀问题。     

泄洪深孔掺气减蚀研究

掺气减蚀设施，是防止空蚀破坏最经济、行之有效的办法。本文对弧门突扩跌坎与跌坎掺气水流特性进行了述评，并推荐跌坎式的掺气为三峡工程泄洪深孔防蚀的最佳方案。同时对缩尺效应影响进行了初步探讨。     

德泽水库泄洪洞掺气减蚀设计

德泽水库泄洪洞具有高水头、高流速、高单宽流量的特点,掺气减蚀十分必要。隧洞设置3道掺气坎,采用突跌突扩的掺气方案,水流经过第三级掺气坎后,全断面已经呈现为强烈掺气的白色水流,到泄洪洞末端时,水中的掺气浓度仍较大。满足掺气减蚀的要求,可确保工程安全。     

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。     

有压出流条件下突扩突跌掺气设施空腔长度研究

掺气减蚀措施可以减免高速泄水建筑物的空蚀破坏。采用突扩突跌掺气设施,会同时形成底空腔及侧空腔,获得较好的掺气减蚀效果,对建筑物底板及侧墙均起到良好的保护作用,在有压出流条件下,通过对突扩突跌掺气设施水工模型进行不同突扩宽度、跌坎高度、下游坡度、来流条件下的模型试验,初步确定了跌坎高度、突扩宽度、下游坡度对空腔长度的作用方式。结果表明,有压出流条件下,在其他条件相同时,底空腔长度与突扩宽度、跌坎高度均呈正相关关系,与下游坡度呈反相关关系;侧空腔长度与突扩宽度呈正相关关系,与跌坎高度及下游坡度均成反相关关系。最后通过量纲分析拟合出有压出流条件下,相对侧空腔长度与综合水力参数X的关系,得到在X<8时计算侧空腔长度的经验公式。     

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。     

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。     

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。