论掺气减蚀

根据国内外大量的工程实例，对掺气减蚀作用、掺气减蚀风险、“龙抬头”式泄洪洞反弧的掺气减蚀问题，掺气槽的数量及掺气槽的布置方法进行了广阔的讨论，得到了几个实用性结论，供有关设计、科研人员参考。     

掺气减蚀研究的新方向

利用针式掺气流速仪测量掺气浓度场、流速场，气泡尺寸及其概率分布的研究成果表明，原型水流韦伯数高，形成微小气泡的能力比模型强，气泡上浮慢，接近底部的小尺寸气泡概率及掺气浓度比模型大，0．2mm或0．5mm以下的微小气泡可能在掺气减蚀中起着主要作用，完善掺气检测仪器，加强掺气水流中气泡尺寸及其概率分布的观测，比较不同气泡尺寸的掺气减蚀作用，建立多级气泡尺寸的掺气水流数学模型，是今后掺气减蚀研究的新方向。     

掺气减蚀保护作用的新概念

利用针式掺气流速仪测量原型和模型掺气浓度场、流速场，气泡尺寸及其概率分布的研究成果表明，原型水流韦伯数高，形成微小气泡的能力比模型强，气泡上浮慢，接近底部的小尺寸气泡概率及掺气浓度比模型大。初步研究认为：0.2mm或0.5mm以下的微小气泡在掺气减蚀中起着主要作用，可能只要很小掺气浓度即可达到掺气减蚀的效果。因此以小尺寸气泡的掺气浓度，作为判断掺气减蚀保护作用的指标将更为准确。     

三峡工程溢流坝掺气减蚀研究

三峡工程最大水头１１３ｍ，溢流坝最高流速达３５ｍ／ｓ，对泄流面平整度要求很高，施工很难作到。为方便施工和溢流面不发生空蚀，研究采用掺气槽。结合国内外已建工程，尤其是乌江渡工程的经验，三峡工程表孔选用组合式掺气槽，其面积取６．８ｍ＾２，槽深１．２ｍ，挑坎高０．８ｍ，通气孔直径１．３ｍ，槽内负压值６６７ｍｍ水柱，通气孔布置在两侧闸墩上。深孔掺气槽参考龙羊峡水电站的突跌形式，弧门下游跌差２．０ｍ，通气孔     

明流泄洪洞掺气减蚀设施优化试验研究

通过水工常压模型试验，对高水头、大单宽流量、小底坡龙抬头式明流泄洪洞掺气坎进行了系统的试验研究及优化试验，提出了一种新型的V形掺气挑坎。该掺气坎的空腔长度沿水流的横断面方向是连续变化的，射流挑距两边长、中间短，尽管最小空腔的长度可能已小于临界值，但由于最大空腔长度仍远大于临界值，在其作用下，便可使回流退去，空腔恢复，保证一定的通气量。这对类似工程掺气设施的合理设计有十分重要的参考意义。     

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。     

水电站一坡式高流速泄洪洞掺气减蚀的研究分析

针对某高坝工程左岸泄洪洞高流速运行特点,结合模型试验进行了全隧洞掺气减蚀的研究.通过对掺气槽体型、布置位置的调整优化,达到了全程掺气的目的,在此基础上,测定了掺气槽坎上风速、掺气量以及底空腔长度.采用γ-射线法测量了掺气水流的掺气浓度,并作出了相应评价,将每道掺气槽的影响范围控制在100~110 m左右,掺气浓度随沿程的增加呈减小的趋势.     

六都寨水库溢洪道掺气减蚀试验研究

本文介绍了六都寨水库岸边溢洪道通过不同比尺模型试验进行掺气减蚀研究的情况。文中提出如下结论:溢洪道陡槽掺气设施以坎、槽组合型为最优;槽宽30～40m的陡槽在每坎两侧对称布置一个侧向进风塔即可满足槽身横向均匀掺气的要求,塔型以喇叭型进口矩形直塔为佳;其尺寸以控制原型风速不大于50m/s为宜;根据掺气浓度分布确定陡槽掺气保护长度为60m,设三道掺气坎。此外,文中还对设坎后陡槽流态与时均、脉动压力的变化做了分析研究。试验研究成果已为工程设计所采用。     

苗家坝水电站左岸溢洪洞反弧段掺气减蚀试验

龙抬头式溢洪洞工程已经有不少的应用,其发生空蚀的部位一般是在反弧段下游.结合苗家坝水电站左岸溢洪洞,通过模型试验对反弧段掺气设施的位置选择和体型优化进行了研究.分析了不同运行工况时,掺气设施的掺气特性.试验结果表明,修改后的掺气设施体型的掺气效果良好,可以满足工程运行的需要.此模型试验对苗家坝水电站溢洪洞原型的掺气布置具有重要的参考价值.     

水工减压模型试验理论的探讨

分析了传统减压试验理论中存在的矛盾,认为以饱和蒸汽压强定义的空化系数及其原、模型空化系数相等的要求,实际上是在重力流动的相似模拟系统中,又按压强相似定律定义了一个相对压强相似的附加条件。阐明了若按空化系数相等规则控制,而忽视模型水温的影响,除导致原型与模型之间在空化程度、气水流综合密度、全局流动等的不相似结果外,还会给空化模型试验的相似效果和可比性带来较大影响。这是在同一模拟系统中重力相似定律与压强相似定律之间的矛盾体现,不能全部归结为模型缩尺效应。     

龙抬头泄洪洞反弧段空化空蚀研究综述

根据国内外大量的工程实例,在前人研究的基础上,系统总结了龙抬头泄洪洞反弧段空化特性和空蚀成因,分析了反弧段掺气减蚀和抗蚀体型的现有成果.体型优化和掺气设施研究,数值试验具有花费少、适应能力强、提供的流场资料详细、便利方案选择等优点.     

Inception point of air entrainment over stepped spillways

The location of the inception point of the air entrainment directly affects the energy dissipation ratio, the cavitation damage control, and the training wall height designs for a stepped spillway and a stilling basin. In this paper, the boundary layer theory of plates is used to predict the location of the inception point of the air entrainment over the stepped spillways by assuming the steps on the spillways as a kind of roughness. An empirical formula is presented based on the physical model experiments, with the maximum error less than 1% except at one point where the error is 1.6%, as compared to the experimental data. Meanwhile, it is shown that the location of the inception point of the air entrainment for the stepped spillway is much nearer to the top of the spillway than that for a smooth spillways, which explains why the high ratio of the energy dissipation is provided for the stepped spillway.     

先导活塞式泄压阀的运动规律

先导活塞式泄压阀是一种新型的防水击危害的安全阀,但理论研究尚不成熟。本文系统地考虑了影响先导活塞式泄压阀运动的各方面因素,包括水压力、运动部件的重力、弹簧力、活塞环摩阻力和渗漏等,基于结构运动力学和水力学原理,得到了主阀启闭速度与液压传动系统流量的函数关系,建立了描述主阀启闭速度与时间关系的运动方程。然后,通过对主阀关闭运动方程的解析,修正了现有活塞渗漏流量的计算公式,提出了合理选择活塞直径与主阀瓣直径以减小水压变化对关闭过程影响的方法,进而解析得出主阀关闭速度、行程、关闭时间的计算公式。最后,通过数值实例检验了解析式的准确性,并计算分析了一些关键参数对泄压阀开启和关闭的影响。本文主阀运动规律也适用于活塞式压力波动预止阀。     

掺气水流掺气浓度缩尺影响的估计

根据紊动扩散理论和相似理论导出了掺气水流试验的9个模型相似律。研究表明,若要求掺气水流的掺气浓度原、模型相似,并按重力相似律引伸,则掺气气泡的上浮速度应和水流流速一样满足重力相似律。在模型采用和原型相同的介质,即水和空气进行试验时,由于气泡上浮速度不相似,引起掺气浓度巨大的缩尺影响,本文首次对这种影响进行定量估计。研究表明,模型的比尺λL应足够大,以减小掺气浓度的缩尺影响。     

二滩水电站1号泄洪洞水力特性与掺气减蚀的三维数值模拟

基于VOF法和k-ε紊流模型,对二滩1#泄洪洞进行了全流道三维数值模拟计算,获得了泄洪洞的流场及速度场、压力分布、水相分布及空腔、流速矢量等水力特征参数。计算结果表明:在原有体型通气孔侧墙部位,水流掺气不充分,出现局部负压,是造成该部位发生空蚀破坏的主要原因。本文所采用的数值模拟模型计算可以成为研究泄洪洞水力特征和掺气减蚀的一种方法。     

万家寨水电站水中含沙对空化压力的影响

对万家寨水电站含沙量对水力机械内空化压力的影响进行了研究,并利用自行研制的测量装置实测了黄河万家寨水电站含沙水样的初生空化与,临界空化压力．实测结果表明,随着含沙量的增大,初生空化与临界空化压力值均有所提高,且接近线性关系．这一成果可用于所有含沙河流上的水电站水轮机与水泵站水泵合理确定安装高程时的参考．这样做可以减少空蚀与泥沙磨损给运行带来的经济损失．     

气垫式调压室的模型相似律

本文探讨了气垫式调压室的模型相似律，提出可以采用等效的变截面开敞式调压室替代气垫式调压室按常规方法进行模型测试，给出了等效调压室截面的计算公式及量测结果的换算方法.     

浑水条件下偏心铰弧形闸门的空化空蚀

在空化空蚀试验台上，对黄河小浪底水利枢纽排沙洞偏心铰弧形闸门顶水封的1:1切片，进行缝隙空穴流试验。直接观测其在清、浑水条件下原型可能出现的空化空蚀状况。同时，分析了浑水对空化的影响后表明，浑水的产压级高于清水，浑水的空蚀强度大于清水，且均随浑水的浓度增加而加大。