某水库底孔减压模型试验研究

讨论了形成初生空化数比尺效应的水动力原因及热动力原因,从Rayleigh-plesset泡动力方程出发建议了初生空化数比尺效应的修正方法,用减压模型测定了某水库底孔事故平板门槽及泄槽突扩跌坎后的模型初生空化数KiM及给出了经空化比尺效应修正后的原型初生空化数Kip。     

表孔门槽的空化特性分析

表孔门槽与二维凹槽在水力特性上有很大的差异，这决定了它们在空化特性上也有所不同.由于流动形式和堰面曲率的影响，表孔水流往往在堰面上压力低、流速高；在门槽底部，由于压差的作用，槽内旋涡常常随绕流从下游角隅绕出槽外.堰面、涡心以及绕流区的交汇，使压力剧烈下降，极易在门槽下游边墙底部发生混合型空化，其初生空化数远大于水洞中二维凹槽的初生空化数，应在设计中引起重视。     

泄水孔斜交门槽的压力特性和空化特性

在“八五”国家科研攻关项目研究过程中，结合拉西瓦泄水孔进行了斜交门槽的压力特性和空化特性的试验研究。研究结果表明，泄水孔的门槽与流道斜交后，其压力分布具有明显的空间性质，用最小压力系数能较好地表征斜交门槽的压力特性；槽内３个壁面、槽下角隅两侧以及错距后斜坡上的最小压力均随斜交角的增加而减小；斜交门槽初生空化数随斜交角的增大而增大，这意味着斜交门槽比正交门槽更易发生空化现象。     

凹槽中的旋涡及初生空化数的估算

本文阐述了凹槽中旋涡形成的力学机制；利用文献［1］中的结果建立了凹槽中旋涡的涡量平衡、能量平衡近似关系式；给出了旋涡初生空化数的表达式，它不仅和凹槽的宽深比有关，还和参数K1有关(K1为流道宽和槽深之比)；对不同的深宽比和K1值计算了凹槽中的旋涡参数和初生空化数，把计算的初生空化数和已有的实测凹槽旋涡初生空化数进行了对比，两者的值和变化趋势基本一致。     

初生空化数比尺效应的修正

在初生空化位置写出了随流运动的球泡动力方程，估计了方程各项在空化初生时的近似值；以现有的实测资料为依据，选择了能识别的气核失稳的临界半径Rc的大小；给出了原型初生空化数与模型初生空化数的简单关系式；列出了碧口水库孔板洞4个不同比尺减压模型的实测初生空化数，这些模型初生空化数的值相差很大，但由这4个模型初生空化数和本文给出的换算关系得到的原型初生空化数很接近，这原型初生空化数与原型观测结果定性一致。     

高水头深孔平板门门槽水力特性研究

平板闸门门槽内的水流流态十分复杂,容易因空化空蚀而破坏门槽。以卡基娃水电站放空洞工程为实例,采用水工模型试验探讨门槽附近水流流态、压力、空化数的变化规律。研究结果表明:有压式门后连接段能较好地改善门槽及门后连接段水流的流态;闸门全开时,各个区域没有负压出现,水流发生空化的可能性也较低;闸门局开时,门槽及门后连接段会出现负压,最大负压出现在门槽的底板处,水流发生空化的可能性也较大;水流的脉动表现出明显振幅大、频率低的强紊流脉动压力的特点。研究成果对于高水头深孔闸门门槽的设计具有一定的借鉴意义。     

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。     

压力脉动下空化的概率估计

水流是否发生空化,目前多以空化数K和初生空化数K_i的比较来判别:当K≤K_i时认为发生空化;当K>K_i时认为不发生空化。由于水流的压力脉动,实际上可能在K>K_i时就发生空化,也可能在K≤K_i时不发生空化。如何考虑压力脉动的这种影响,尚无完善的方法。目前常用的是附加压降法,即在计算空化数K时考虑一个附加压降P′     

泄水建筑物若干体型初生空化数的合理取值

 在泄水建筑物高速水流防空蚀水力设计中，通常用水流空化数与初生空化数对比，判别该部位(或体型)是否发生空化。关于体型的初生空化数，一般应通过减压试验确定，而在初步设计优选体型过程中，通常就需知其初生空化数。在前人研究成果基础上，通过综合分析，提出若干体型初生空化数，可供当工程不具备进 行减压试验情况下，设计和科研人员参考。     

江口水电站斜门槽水力特性研究

 结合江口水电站溢流坝中孔检修闸门，进行了高水头斜门槽水力特性试验研究。试验内容包括闸门在动水下降过程中的闸门区水流空化特性、闸门关闭速度、闸门底缘体形、水流流态、通气孔风速、进气量对闸门持住力的影响。试验成果表明：中孔检修门槽布置符合我国高压闸门设计规范推荐的平面门槽形式；当闸门在全开及设计水位运行下，门槽区水流空化数为0.8～0.9，不会有空化发生,但因中孔为斜门槽，为克服水流对斜门槽的冲击力变化，应适当增大错台。推荐了方案5底缘布置形式。     

水工建筑物初生空化数及其比尺效应研究进展

水工建筑物结构水力设计中通常涉及防空蚀设计,一般规定水流空化数σi<0.3的区域或者流速大于15 m/s的部位要进行防空蚀设计.水工建筑物不同部位结构,初生空化数不同,该值的分析一方面通过理论计算,另一方面则是通过减压模型试验,试验不可避免地存在比尺效应.对目前国内外初生空化数的计算公式加以总结,指出不同公式的优缺点及...     

平板闸门槽串水状态下的水力特性研究

以观音岩水电站1号导流底孔为例,通过模型试验从水流流态、泄流能力和水流空化特性等方面对矩形门槽发生串水流动时的水力特性进行了试验研究。试验结果表明平板闸门门槽串水与底孔主流形成的双向交汇水流流态复杂。高水位泄流时,常压状态下底孔呈满流流态,门槽串水仅引起局部水流分离;相似真空状态下底孔封堵门槽下游呈明流流态,而且底孔的过流能力明显减小,同一库水位相似真空状态下底孔泄流能力较常压状态下的泄流能力下降达5%以上。经门槽的竖向水流加剧门槽下游角隅水流分离,恶化门槽段的水流空化环境,致使门槽段更容发生空化水流。     

水质对空化初生的影响

本文着重分析水质对空比初生的影响，提出了以水抗拉强度和表面张力为参数的空化数表达式。证明，即使水体在同一建筑物，设备或物体上，空化初生差别很大，可有不同的初生空化数，为了消除水质的影响，文中提出了相应的准则和准数。     

水轮机空化安全系数与比转速

１引言众所周知，比转速ns是水轮机的一个重要综合参数，它综合地反映了水轮机的能量指标和空化特性的好坏，因此常用它来选择水轮机．水轮机的发展趋势是，在同样水头下提高比转速ns，以增加功率而不增大尺寸，但比转速ns的提高在很大程度上受到空化系数的限制，因此考虑比转速ns与空化系数σ的关系，是选择水轮机的一个很重要的问题．在水轮机转轮流道内及在其他过流部件的局部表面上，往往会发生空化而后引起空蚀．随着水流速度的增加，压力降低，当压力下降到临界汽化压力pv时，空化初生形成空穴，当空穴被流动的水流带到高压区时，空穴…     

空化形成机理和比尺效应

高速水流容易发生空化，为进一步研究空化的形成机理和影响因素。对空化形成机理和液体粘性、表面张力、气核状况等影响因素的最新研究成果进行了综合分析。水流空化试验中存在比尺效应，指出并建立了空化比尺效应的经验公式。对空化机理的研究还有待进一步深入。     

初生空化的模型数据应用到原型上的问题

初生空化数由韦伯数W和空泡相对膨胀速度M所组成。在分析了中、德联合对比试验数据的基础上,发现W和M的关系呈一条对数直线。由模型试验得到直线方程后,再根据原型的空化数决定韦伯数,从直线上求得M值,有了W和M,就可得原型的初生空化数,从而判断在原型水流中是否发生空化。     

初生空化数公式的优化研究

初生空化数是衡量过流体型是否发生空化的判别标准。传统的托马公式认为液流负压值达到液体饱和蒸汽压时即发生空化。近来研究表明,气核和液体抗拉强度等对初生空化有重要影响。有学者认为把托马公式中的液体饱和蒸汽压替换为临界压强更为合理。本文在已有研究的基础上,对空化初生机理和影响空化初生的因素进行分析。认为空化仅是气核克服表面张力和液体饱和蒸汽压膨胀而形成的,并没有克服液体抗拉强度,且在空化源附近的液体几乎不具有抗拉强度,并基于此提出新的初生空化数公式。     

初生空化的模型数据应用到原型上的问题

初生空化数由韦伯数Ｗ和空泡相对膨胀速度Ｍ所组成。在分析了中，德联合对比试验数据的基础上，发现Ｗ和Ｍ的关系呈一条对数直线。由模型试验得到直线方程后，再根据原型的空化数决定韦伯数，从直线上求得Ｍ值，有了Ｗ和Ｍ，就可得原型的初生空化数，从而判断在原型水流中是否发生空化。     

多级孔板空化与脉动壁压特性

本文结合小浪底四级孔板泄洪洞和碧口二级孔板泄洪洞,研究了多级孔板的空化与脉动特性,对多级孔板的水流空化数和初生空化数随孔径比的变化关系进行了详细地探讨。得到了随着孔径比的增加,孔板的消能率降低而孔板抗空化能力提高的结论。同时,对多级孔板空化前后的脉动荷载分布、脉动压力随孔径比的变化关系进行了讨论,某些成果已被工程设计单位采用。     

初生空化比尺效应的讨论和验证

讨论了在常规循环水洞或在减压箱中进行模型空化试验时,关于初生空化比尺效应的不同观点.指出了在减压箱空化试验中使用的相似律存在的缺陷.为了有效研究初生空化比尺效应,规范液体的抗拉强度为零是必要的.用最新试验成果-喷嘴的初生空化特性,再次验证了经验的初生空化比尺效应.