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。     

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。     

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。     

台阶式溢洪道掺气消能效果试验研究

通过模型试验分析了台阶式溢洪道掺气对消能效果的影响。对比分析了无掺气坎、掺气坎高分别为20 cm和40 cm时的掺气效果和消能率。当掺气坎高时,水体掺气充分,水流涡旋剧烈,形成水汽两相流,水流下泄旋滚过程中势能转化成动能,在泄槽段可耗散较多能量。因此,设置掺气设施比不设置掺气设施消能效率大、消能效果好,有效地防止了空化空蚀现场的发生。     

某水库岸边溢洪道体型优化试验研究

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。     

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.     

百色水利枢纽溢流坝掺气减蚀研究

百色水利枢纽工程RCC主坝高130m，最大水头差102m，溢流坝最大单宽流量约166m^3／S，流速超过40m／s，采用宽尾墩加消力池联合消能，由于水头高，流速大，堰面气蚀问题突出，水流掺气是减灭气蚀的有效方法，通过分析其它工程掺气减蚀的经验，就百色水利枢纽大比例尺模型试验来研究百色掺气水流的特性，掺气减蚀效果的评估以及掺气坎的最佳布置。     

公伯峡水电站左岸溢洪道泄槽防空蚀设计优化

为了提高公伯峡水电站左岸溢洪道泄槽抗空蚀设计的可靠性、安全余度和减少施工难度，在分析国内外高速水流泄洪建筑物运行实例的基础上，结合公伯峡工程实际，通过水力学模型实验验证，优化设计采用了增加掺气设施。保证高速水流底部充分掺气，从而防止了泄洪建筑物的空蚀破坏。这一措施不仅简单、易行，还可节约工程投资、增大工程安全度和可靠性。     

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。     

水跃掺气池的掺气特性

针对大单宽流量下传统阶梯溢洪道因流动水深增加,掺气不足,导致极易发生空蚀破坏和消能率降低的问题,提出了一种通过水跃掺气池对阶梯溢洪道流动提供掺气的水跃掺气阶梯溢洪道,采用物理模型试验方法,详细研究了水跃掺气池的掺气特性,包括来流条件、掺气池长度、掺气池尾坎高度、水跃流态对掺气特性的影响。结果表明:在现在的研究范围内,在掺气池内和掺气池尾坎后的区域,无论是底板还是边墙淹没水跃流态都有较好的掺气效果;前述流动参数和结构参数通过影响水跃流态影响掺气效果,在利用水跃掺气池对阶梯溢洪道水流掺气时,流态的控制是重要的。     

糯扎渡水电站水力设计关键技术研究

糯扎渡水电站枢纽工程由心墙堆石坝、溢洪道、泄洪隧洞及引水发电系统组成;总泄洪功率高达66940MW;溢洪道最大泄洪流量高达31318m3/s,泄洪最大水头182m,泄洪功率达55860MW,采用了预挖消力塘的消能方案;泄洪隧洞工作水头达120m,采用双孔合一的闸门布置形式,高水头大流量的泄洪消能问题十分突出;尾水隧洞和导流隧洞结合,尾水调压井直径达33m,水力设计复杂;通过计算分析和水工模型试验研究,较好地解决了堆石坝枢纽工程中溢洪道、泄洪隧洞的掺气减蚀、消力塘护岸不护底等水力设计难题,并将运用于工程实践。     

高坝二级挑流消能研究

为研究高坝挑流消能的效果,结合四川省某水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,对在较高水头、较大流量工况下的溢洪道挑流消能形式进行优化研究。结果表明:通过将一级挑流改成二级挑流,即一级挑射水舌在各种工况下都挑落在平台上,水流通过平台形成二次挑流均匀挑入下游河道,可以有效分散消能,降低挑射水舌的高度,减小河床冲刷。采用二级挑流消能形式,有效地改善了原方案一级挑流消能引起的产生较大冲刷与雾化现象。     

高水头电站泄水道消能型式选择

无调节径流式电站压力前池溢流堰后的泄水建筑物——泄水道,担负电站机组负荷波动时多余来水量的宣泄,泄水道的类型按所采取的工程措施大致可分为天然泄水道、人工泄水道和混合泄水道三种。高水头电站一般前池位置较高,泄水道落差通常与电站利用落差不相上下,其工程投资大小和安全性与其消能型式的选择密不可分,如何选择其消能型式并进行工程布置就成为高水头电站厂区枢纽工程设计的关键工作之一。     

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。     

高水头泄水建筑物泄洪消能设计思路探讨

探讨了高水头泄水建筑物集中消能和分散消能两种消能方式的特点,通过工程实例,重点介绍了分散消能方式。本文认为,分散消能方式可减轻消力池或下游水垫塘的消能负担;在流道内设台阶消能工能有效降低流速,减小水流冲刷破坏作用,台阶产生紊动均匀流,水深、流速不变,理论上可应用于水头200m3、00m量级以上的溢洪道设计。设法在流道内提高消能率,可收到事半功倍的效果。     

安宁水电站溢洪道消能防冲试验研究

低水头、低佛汝德数消能一直是中小型水利工程泄洪消能的关键问题,通过水力学模型试验方法,对安宁水电站溢洪道泄洪消能问题进行了研究。结果表明:通过折坡消力池中布置两排消力墩以及护坦末端加设尾坎的方案,解决了该溢洪道消力池消能及水流衔接问题,提高了消能率,改善了下游河道水流条件。     

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。     

尼尔基水利枢纽工程溢洪道布置

尼尔基水利枢纽工程岸坡式溢洪道采用了先进的双差动扩散式底流消能形式,解决了低水头、大泄量、低弗汝德数水工建筑物的消能难题,并经水工模型试验验证,布置合理,消能效果良好。