侧折流器对突扩突跌掺气减蚀的影响研究

突扩突跌式掺气可较好的解决高水头深孔闸门面临的问题,即高速水流下的空化问题和闸门止水问题。但由于多数深孔闸门水头高、流速大,运行安全隐患多,突扩突跌式掺气减蚀设施在应用过程中也出现了不少问题。因此,实际工程应用中对弧门突跌突扩式掺气减蚀设施进行了大量水工模型试验、原型观测,并从两侧突扩宽度、跌坎高度、增设侧掺气坎等方面进行优化研究。以江坪河水电站工程泄洪放空洞弧形工作门突扩突跌式门槽水力学减压模型试验为依托,从水流流态、动水压力以及水流空化特性等方面,对比分析折流器对突扩突跌式掺气减蚀的影响。     

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 .     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

突扩突跌体型的部分水力特性实验研究

高坝泄水建筑物在运行过程中,一般都会采用掺气减蚀的处理措施以保证工程安全。然而,采用常规底部掺气设施后,下游侧墙仍可能出现空蚀破坏。而加入侧墙掺气处理措施,可有效提高下游近壁水体的掺气浓度。本文通过模型试验,对突扩突跌体型下,侧空腔长度对水流形态的影响,佛劳德数对水流形态及侧空腔长度的影响进行了实验研究。     

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。     

水工泄水建筑物掺气减蚀设施综述

近几年来,根据工程实践运用,认为掺气减蚀设施是防止空蚀破坏较为经济,行之有效的办法,当前国内外已作为一项新技术推广应用.本文就有关问题作一综述. 一、掺气减蚀设施的水力特性高速水流掺气来源大体可分三种: (1)水中含气;(2)水流自然掺气;(3)人工掺气.高速水流掺气现象发生在挑坎或跌坎水流分离点的下游,在两相流交     

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。     

通气减蚀挑坎水力学问题的试验研究

本文仅对通气减蚀设施中应用较普遍、体型最简单的陡坡上微突挑坎进行了较系统的试验研究。文中就挑坎高度、坎后空腔的长度和轮廓,空腔末端断面水流掺气情况,底板承受的动水压力,沿壁射流底层的挟气能力等,按自模、相似原理进行了试验分析,给出了一系列经验性拟合方程。最后,根据沿壁水流掺气状况的演变资料,讨论了通气减蚀设施的防蚀保护范围,并提供了估算方法。     

亭子口水利枢纽底孔泄洪消能体型设计研究

亭子口大坝底孔设计运行水头为国内最高,底孔有压段出口处存在高水头弧形闸门止水问题,明流段及消力池内也存在高速水流下的空化空蚀问题。为解决上述问题,对底孔体型及消能工型式进行了深入研究,弧形工作闸门区采用突扩突跌掺气体型以满足闸门止水和掺气减蚀要求;消能工采用跌坎式消力池,以降低闸墩尾部立轴漩涡对跌坎立面和消力池底板的空蚀破坏,同时消力池内临底流速得以大幅降低,使底板发生冲蚀破坏的可能性大大减小。经模型试验验证,底孔泄洪消能体型设计能够满足工程运用要求。     

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。     

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。     

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.     

"龙落尾"布置形式在高速水流泄洪洞中的应用研究

结合涔天河水库１＃泄洪洞掺气减蚀与衬砌施工质量问题,对“龙落尾”布置形式在高速水流泄洪洞中的应用进行了研究。水工模型试验表明:在合适的主洞纵坡以及掺气坎布置条件下,该形式大大缩小了泄洪洞高速水流空蚀影响范围,优化了洞身断面尺寸,减少了掺气坎数量,保证了高流速区的掺气效果,降低了隧洞衬砌施工难度。     

清水及浑水高速流掺气和掺气抗磨的研究

本文介绍时明流泄水建筑物高速水流自掺气、槽坎人工掺气以及含沙浑水掺气抗磨的系统研究。通过理论分析、室内试验和原型观测的综合探索。已取得一系列重要研究成果:明流自掺气、人工掺气的掺气最和掺气浓度分布、槽坎掺气减蚀设施的掺气保护长度、含沙水流掺气特性和掺气抗磨效果以及掺气水流的模型律和尺度效应等。     

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.     

泄洪洞掺气减蚀探讨

泄洪洞掺气减蚀问题一直备受关注。文章以涝河水库泄洪洞为例,对V型掺气坎和U型掺气坎的水力特性进行1∶30模型试验,重点分析不同单宽流量下的掺气减蚀效果,并利用VOF模型进行了数值模拟分析。试验及模拟研究结果表明:V型掺气坎相对于U型掺气坎更为合理,其具有更长和稳定的掺气空腔以及更大通风井负压、射流冲击压力,水中的掺气浓度也较大,同时空腔内的积水较浅;而通过数值模拟结果显示,V型坎在不同工况下能够保证水流经过其后具有均匀的流速场和压力场,表明掺气减蚀作用明显。