挑坎掺气在岔河水库溢洪道中的应用研究

对于中、高水头泄水建筑物,空化水流易诱发结构空蚀破坏。基于岔河水库溢洪道原设计体型,通过模型试验,研究在泄槽抛物线段上、下游侧增设不同体型掺气坎对空化水流的影响。成果表明:挑坎布置于下游侧,散水现象明显,随流量增大,下游泄槽流态恶化。挑坎布置于上游侧(挑角5°、坎高Δ=0.40 m),未掺气时,坎后射流空腔内充满回水,呈负压状态;下游泄槽空穴数上升,水流流态较为平顺;坎高增加,空穴数反而减小;强迫掺气条件下,坎后能够形成稳定的射流空腔,随挑坎高度增加,空穴数变化并不明显,泄槽水流流态反而更趋紊乱。     

带掺气槽岸边溢洪道挑流消能工水力特性

采用RNGk-ε双方程紊流模型对掺气槽、差动式挑流鼻坎和预挖坑联合运行的岸边溢洪道水流流场进行研究,模拟了具有大曲率水气交界面的挑射水舌和掺气坎水流,分析讨论泄槽流态、掺气槽底板最大冲击压力和差动式挑坎压力分布,给出了挑射水舌以及预挖坑的水流结构与速度分布特性,并将计算值与实验值进行对比,两者吻合良好。研究结果表明:泄槽中4道掺气槽的设置能有效减免发生空蚀破坏,但对泄槽中水面有一定的影响;高扩散低收缩差动式挑流鼻坎与预挖坑的联合运用消能效果理想。     

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。     

50m/s流速级缩放型水工空蚀发生装置的研制

一、概述漩涡空化是水工泄水建筑物常见的一种空穴流态。例如:门槽、升坎、跌坎、闸槽进水及淹没射流等均有可能发生漩涡型空化。本装置为应用缩放型突扩导致形成近壁型空化和空蚀,是一种研究水工空蚀收效比较显著的装置。此类装置过去多用于较低流速(一般在20～30m/s)或较弱空蚀强度的试验研究,对解决相应流速下发生的空蚀问题曾起过一定的作用。近年来,泄水建筑物的泄流流速     

吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞水力特性试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞的水流流态、压力分布、流量系数等水力特性进行了研究,分析了在进水口溢流堰末端增设掺气坎对进水口及竖井内流态及通气孔风速的影响。研究结果表明:在溢流堰末端增设掺气跌坎有利于减小溢流堰面的负压、防止空蚀破坏、简化进口体型设计,且有利于泄洪洞的安全运行。     

松山引水工程溢洪道设计

松山溢洪道总长 1 80 m ,由进水渠、溢流堰体、泄槽、挑流鼻坎及尾水渠组成。溢洪道单宽流量较大 ,泄槽流速较高 ,最高达 35 .5 2 m/s,针对高速水流区的特点 ,经计算分析 ,在桩号 0 0 85 m断面布置掺气设施 ,以解决高速水流带来的空蚀问题。同时将泄槽底板结构采用全搭接方式 ,泄槽底板排水 ,利用既经济又便于施工的马来西亚第三代软式透水管 ,从而保证溢洪道的安全运行。     

高水头岸边式溢洪道泄槽段水力特性研究

为了保证高水头溢洪道上泄槽段的水流平顺进入下泄槽段以及下泄槽段减免空蚀破坏,同时提高渥奇曲线段底部的水流空化数和避免负压;在变坡处采用了渥奇曲线和下切直线段相结合,其后接掺气坎的形式。针对下泄槽陡坡段容易出现水翅现象,提出了在两侧墙增设一段与泄槽底板成一定夹角的消翅悬梁,从而有效地抑制了水翅的发展,稳定了泄槽流态,且悬梁发生空蚀破坏的可能较小。该体形布置形式对类似工程有一定的参考价值。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞掺气减蚀设施研究

深孔泄洪洞采用有压接无压布置型式,无压段流速26.6~42.2 m/s,水流空化数0.34~0.15,其中大部分洞段流速大于30 m/s,水流空化数小于0.30,为避免高速水流引起空蚀破坏,在控制过流面平整度和采用高等级抗空蚀混凝土的同时,需布置合理的掺气减蚀设施。通过大比尺模型试验对掺气坎体型进行了多方案比选,得到了合理的底部掺气坎体型,试验成果表明设置两道掺气坎后无压洞段底板掺气浓度和通气井内风速满足规范要求。     

介绍几种解决掺气槽积水及空腔不稳定的办法

众多的试验和工程实践已经证明,通过对水流掺气可以有效地防止和减轻空化空蚀现象的发生,从而保护过水边界免遭空蚀的破坏。而要使水流掺气,在水流边界上设置掺气槽坎又是一种最为经济最为简便的措施。所以掺气槽坎目前在水工过水建筑物、特别是高速泄水建筑物上已得到广泛的应用。但是研究发现,在坡度缓、泄槽窄、水深大的情况下设置掺气槽坎,往往在槽中或空腔中存有积水,掺气空腔时长时短、时有时无、极不稳定,影响掺气效果,严重时甚至掺不进气。如何解决这个问题,已成为设计和科研试验     

二滩水电站泄洪洞侧墙掺气减蚀研究与实践

二滩水电站是中国在二十世纪建成的最大水电站,电站设有2条龙抬头式泄洪洞,单洞最大泄洪流量为3 800 m3/S,设计最大流速为45 m/s.1#泄洪洞在采用常规的掺气设施后,虽然有效地减免了反弧段本身及反弧段下游底板的空蚀破坏,但反弧段下游侧墙仍出现了空蚀破坏.通过大比尺的模型试验,研究了多种掺气减蚀方法,提出了解决高流速、大流量泄洪洞侧墙掺气减蚀方案.2005年,利用研究成果,采用反弧末端上游侧墙突缩(侧墙贴角)加凸型跌坎的三维掺气坎方案,对二滩1#泄洪洞2#掺气坎体型进行了改造.随后的水力学原型观测表明,2#掺气坎区域水流掺气浓度增加,底板和侧墙脉动压力和空化噪声测值平稳,且在合理范围之内.通过连续2个汛期的运行试验和现场检查,改造后的2#掺气坎体型结构完好,下游未发现明显的空化气蚀现象,成功地解决了侧墙空蚀问题.     

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。     

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。     

三峡大坝泄水建筑物水力学原型观测与分析

三峡大坝泄水建筑物具有下泄流量大(102 500 m3/s)、泄洪落差大(97.3 m)、孔口数量多(22个表孔和23个深孔)、运行水头高(90 m)、库水位变幅大(135～180 m)等特点,其泄洪运行备受关注。采用现场原型观测手段,2003年以来历时十余年,系统观测了深孔135 m、156 m、172 m和表孔162 m、172 m特征库水位泄洪消能水动力特性,重点考察了水流流态、动水压强、水流流速、水流空化噪声、通气风速、水流掺气浓度、坝下冲刷等参数,获得了宝贵的原型系列观测数据,并与模型试验成果对比分析补充完善。观测显示,泄水建筑物过流面虽有初生空化信号但未见空蚀和泥沙磨损破坏,坝下消能区冲坑最深点高程20.8 m,折算其上游坡比1∶6,表明三峡大坝泄水建筑物布置总体是成功的。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CAVITATION IN A SUDDEN EXPANSION PIPE

For sudden expansion pipes,experiments were carried out to study the cavitation inception for various enlargement ratios in high speed flows.The flow velocity of the prototype reaches 50 m/s in laboratory.The relationship between the expansion ratio and the incipient cavitation number is obtained.The scale and velocity effects are revealed.It is shown that Keller’s revised formula should be modified to calculate the incipient cavitation number when the forecasted velocity of the flows in the prototype exceeds the experimental velocity.     

溢洪道底板空蚀发生位置及抗空蚀措施分析

以肯斯瓦特水利枢纽工程为例,通过水工模型试验,测试其设计水位工况下和泄洪消能标准水位工况下溢洪道泄洪时底板的流速及压力分布,并根据空化理论模型对其底板沿程空化数进行了计算。结果表明:可以通过溢洪道流速特性和底板压力分布来分析过流面的空化空蚀特点;在实际工程中,可采用优化过流面的体形、设置掺气减蚀设施、控制溢流面的不平整度以及使用抗空蚀材料等方法来防止空化和空蚀的发生。     

水流掺气设施布置型式的研究总结与展望

泄水建筑物在高速水流的作用下常发生空蚀破坏,通常工程中采用掺气减蚀措施来达到对水工建筑物保护的目的。为了总结不同的水流掺气布置型式在高水头大流量的泄流建筑物中的可利用性和重要性,以及各自的主要特点及优缺点,综述了不同型式的掺气措施的结构、原理和工程应用;并对在不同的水力条件下掺气设施布置型式的优化选择及掺气设施布置型式的相关研究进行了总结与展望。     

EFFECTS OF HYDRAULIC AND GEOMETRIC PARAMETERS ON DOWNSTREAM CAVITY LENGTH OF DISCHARGE TUNNEL SERVICE GATE

Aerators on discharge tunnel outlets may be regarded as an effective protection against cavitation erosion. The air entrainment of aerators is governed by a number of independent parameters, including the bottom slope of releasing free-surface flow tunnel downstream of service gate, the end top slope of pressure tunnel, the height of step, and the Froude number at take-off. During eight phases of experiments, the effects of above-mentioned parameters were observed on the cavity length downstream of the fully open operating service gate of a discharge tunnel. The results show that, the bottom slope of releasing free-surface flow tunnel has obvious effect on the cavity length as well as the Froude number at gate take-off. The effect of the step height variations on the cavity length could be considered for higher discharges and steeper tunnel top slope, particularly in higher discharges, resulting in shorter cavity length downstream of service gate.     

AN EXPERIMENTAL STUDY ON INCIPIENT CAVITATION EROSION OF FLOOD DISCHARGE TUNNEL WITH ORIFICE

Serial grades of cement mortar specimens have been tested on the model of con-crete-lining flood discharge tunnel with orifice,The results show that incipient cavitation erosionnumber is much smaller than incipient cavitation number.Based on the principle of bubble dy-namics,the flow speed effect on incipient cavitation erosion number for cement mortar is pre-sented.     

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。     

验证用于初生空化数检测的比较法

该文作者在若干年前提出了用于初生空化试验的"比较法"的概念.方法的原理是:当初生空化数和消失空化数之差达到最小时,试验液体的抗拉强度就非常接近于零.由此;可以在不用专业仪器的情况下,检测不受液体抗拉强度影响的初生空化数.近年来的的研究成果证实了该"比较法"与使用检测仪器得到的成果具有相同的效果,进一步地验证和讨论了它的合理性.