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.     

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.     

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。     

泄洪洞反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀作用

通过对龙抬头明流泄洪洞反弧末端下游易蚀原因的总结分析,指出在设计掺气坎时应重视反弧段下游附近边墙的掺气防护。通过大比尺模型试验,对能否通过增加反弧段上游掺气坎的掺气能力达到对反弧段下游侧墙的减蚀目的的问题进行了研究,试验表明:增加反弧段前掺气坎的掺气能力,虽然能在一定程度上改善反弧段下游边墙的掺气效果,并减小边墙清水区范围,但反弧段前掺气坎的掺气能力即使较大时,也难以完全消除边墙清水区,该措施难以可靠地解决反弧段下游边墙的空蚀问题。     

泄洪洞反弧末端掺气减蚀研究

对高水头、大单宽流量、低佛氏数、小底坡长明流泄洪洞，在反弧段末端采用常规的掺气坎往往难以取得理想的掺气效果，同时，反弧段下游边墙易出现空蚀破坏。本文在大比尺模型试验的基础上，提出了竖向、纵向及横向三维均连续变化的新型掺气坎，并对比分析了掺气坎三维体型的变化对掺气特性的影响。试验表明，空间三维连续变动的V型坎能使挑射水流形成连续变化的空腔长度，较二维掺气坎在上述特点的泄洪洞中能形成稳定的空腔形态、减小空腔回水并提高挟气量。试验同时表明，泄洪洞反弧末端掺气坎后空腔段水流动水压强小、水流空化数低，容易出现空化；同时，反弧段下游水流表面自掺气尚不够充分，底部强迫掺气尚未充分扩散，致使反弧段下游附近边墙存在较大范围的掺气盲区，从而容易导致反弧段下游边墙的空蚀破坏。     

泄洪洞侧墙的人工强迫掺气减蚀研究

采用常见的底部掺气设施时,反弧段下游附近边墙仍存在较大范围的掺气盲区,从而反弧段下游边墙容易产生空蚀破坏。利用反弧段上游掺气坎空腔进行人工强迫通气的试验表明,增加反弧段前掺气坎的掺气能力,虽能一定程度减小反弧段下游边墙的清水区范围,但难以将其完全消除。反弧段下游边墙清水区直接强迫通气的试验表明,通过边墙通气孔进入水流的气体扩散范围很小,且由于沿边墙高度各点动水压力不一样,很难保障沿边墙高度掺气的均匀性;同时,强迫通气所需的动力设备功率很大。因此,在实际工程中采用人工强迫通气减免反弧段下游侧墙的空蚀难度很大。     

高水头泄水建筑物掺气坎体型研究

对具有高水头、大单宽流量的泄洪建筑物，工程中通常采用强迫掺气减蚀措施防止壁面发生空蚀破坏。本文主要通过物理模型试验研究方法，对高水头龙抬头明流泄洪洞反弧段下游底板和侧墙掺气减蚀进行了研究，提出了一种底部突跌凸型坎和侧墙加贴角联合掺气的新型掺气坎，解决了洞顶余幅、底空腔内回水和突缩引起掺气坎后形成水翅之间的问题。采用这种新型的掺气坎体型后，底空腔内没有回水，同时消除了反弧段后侧墙出现的清水区；侧空腔畅通并直接和底空腔相连，对侧墙和底板都起到了很好的保护。该体型对类似工程的设计及修复具有一定参考价值。     

大型泄洪洞高速水流的研究进展及风险分析

高水头、大流量泄洪洞内高速水流问题主要问题之一是水流空化引起过流表面空蚀。几个实际工程泄洪洞发生空蚀破坏的实例表明反弧段下游一定范围是容易发生空化空蚀的敏感部位，其主要原因是由于反弧段内的水流流速高，流态复杂，在水流离心力的作用下沿程压力梯度大，水流掺气条件差，缺乏有效的掺气保护。掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施，对水流进行三维掺气的减蚀技术有了较大进展。“龙落尾”式和 “龙抬头”式是高水头、大流量泄洪洞的两种常用布置型式，风险分析认为“龙落尾”式泄洪洞布置对地形地质的适应性更好，即使发生事故对大坝的安全威胁小，也更具有抗风险的能力。     

二滩水电站1号泄洪洞体型改造的质量控制

二滩水电站1号泄洪洞在采用常规掺气设施后,在反弧段下游侧出现了空蚀破坏,须对掺气设施进行体型改造。文中简要介绍了改造工程中的各项技术要求和质量控制方法,实施后取得了良好的工程效果,实现了掺气设施对泄洪洞底板及侧墙的减免蚀保护作用。     

泄槽底部掺气坎后水流掺气浓度分布模型试验

针对泄槽底部掺气坎后的掺气浓度分布规律较为复杂、研究成果较少的问题,为了更清楚地探究泄槽底部掺气坎后上游直段、反弧段及下游直段水流掺气浓度分布规律,采用含有反弧段的泄槽进行模型试验研究。试验结果表明:上游直段、反弧段及下游直段水流中不同水深处掺气浓度的沿程变化规律是不相同的;其他条件不变时,水流掺气浓度随掺气坎高度的增加而增大,随反弧段反弧半径的减小而减小;掺气坎高度和反弧半径对掺气设施的有效保护范围有一定的影响,适当提高掺气坎的高度和反弧段的半径对增大掺气设施的有效保护长度有利。     

渐扩式泄洪洞出口水流模拟及空化 特性预测研究

为了获得泄洪洞出口段在高速水流情况下的水流特征,分析空化及其对结构可能存在的空蚀破坏影响,本文采用了VOF（Volume Of Fluid）方法,并结合Realizable k-ε紊流模型,对泄洪洞水流进行了三维数值计算。计算获得了压强、流速及水深的三维分布参数,并将部分计算结果与设计值验证,吻合较好。通过引入自定义函数方式计算了整个流场的空化数,获得了泄洪情况下泄洪洞高速水流空化数分布规律及易发生空化空蚀的区域。     

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.     

小湾水电站泄洪洞抗冲耐磨混凝土施工综述

小湾水电站泄洪洞在泄洪时具有高水头、高流速、泄量大的特点,对混凝土冲刷力强,容易产生空蚀破坏.通过合理选择浇筑措施、优选配合比、有效的温度控制以及合理的养护,目前,泄洪洞各方面质量均满足要求,且未发现裂缝.泄洪洞抗冲耐磨混凝土施工及质量控制的成功,为减小泄洪洞过流面空蚀和抗冲耐磨提供了保障.     

竖井进流水平旋流式内消能工的空化特性

竖井进流水平旋流式内消能工是一种泄流能力强、消能率高、可节省总工程投资的新型消能工。运用这种新型消能工将施工导流洞改建为永久泄洪洞是解决高坝水力设计中泄水建筑物的安全和消能问题的新途径。本文对该种消能工的空化特性进行了试验研究，给出了旋流器收缩比为０．３５时的空化基本特性，并提出在起旋器升坎后直接补气是减免起旋器升截后空化的一项有效措施。     

锦屏一级水电站泄洪洞的掺气减蚀及消能防冲问题

锦屏一级水电站泄洪洞具有“大泄量、特高水头、超高流速”的特点,高速水流空化空蚀问题非常突出。为了解决其掺气减蚀、泄洪消能防冲及出口挑流河道归槽的问题,锦屏一级水电站在泄洪洞的龙落尾、掺气坎、补气洞及出口挑坎等关键部位采用了特定的工程技术。对这些特定工程技术的模型实验结果、原型观测资料及设计规范进行了分析,并结合乌江渡水电站、二滩水电站等工程评价了规范的适用性。分析结果表明锦屏一级泄洪洞的洞顶余幅、龙落尾体型、出口燕尾坎消能工等设计合理,掺气设施的掺气保护满足要求,补气及通气系统效果良好,没有发生空化空蚀现象。同时,在掺气空腔长度、风速、补气量、泄洪雾化等方面的模型缩尺效应明显,需要后续工程在设计阶段予以重视并进行更为深入而细致的研究。     

THE WALL EFFECT ON VENTILATED CAVITATING FLOWS IN CLOSED CAVITATION TUNNELS

For ventilated cavitating flows in a closed water tunnel, the wall effect may exert an important influence on cavity shape and hydrodynamics, An isotropic mixture multiphase model was established to study the wall effect based on the RANS equations, coupled with a natural cavitation model and the RNG k-ε turbulent model. The governing equations were discretized using the finite volume method and solved by the Gauss-Seidel linear equation solver on the basis of a segregation algorithm. The algebraic multigrid approach was carried through to accelerate the convergence of solution. The steady ventilated cavitating flows in water tunnels of different diameter were simulated for a conceptual underwater vehicle model which had a disk cavitator. It is found that the choked cavitation number derived is close to the approximate solution of natural cavitating flow for a 3-D disk. The critical ventilation rate falls with decreasing diameter of the water tunnel. However, the cavity size and drag coeflicient are rising with the decrease in tunnel diameter for the same ventilation rate, and the cavity size will be much different in water tunnels of different diameter even for the same ventilated cavitation number.     

ON NECESSITY OF PLACING AN AERATOR IN THE BOTTOM DISCHARGE TUNNEL AT THE LONGTAN HYDROPOWER STATION

1. INTRODUCTION It is well known that the discharge tunnels under the high velocity flows may be subjected to cavitation damage even when the surface is significantly smooth and the water flow is apparently uniform [1,2]. Discharge bottom aeration has bec…     

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。     

水流初生空化噪声机理分析及试验研究

根据水流的初生空化特性,对其发生发展过程在模型和原型进行系统的试验观测。试验和理论分析表明,水流的初生空化和空蚀可以利用常压水洞来模拟。与减压箱试验结果的比较可知常压水洞更可信和合理。水流的初生空化噪声频率不仅与汽化压力和流体的特性有关,而且还与流体的环境压力分布和速度分布有关,与空化类型关系更为密切。试验和计算表明初生空化噪声频率的分布频段为10kHz—12.5kHz。     

EXPERIMENTAL STUDY ON CAVITATION AND WATER-WING FOR MIDDLE-PIERS OF DISCHARGE TUNNELS

1. INTRODUCTION Discharge tunnel ,specially , deep-water one , is a sort of usual flood discharge structure with pressure flows in the inlet section,followed pres- sure flows or free flows ,and is used in flood dis- charge or emptying a reservoir , and/or washing sands .For deep-water tunnels ,the designs were u- sually adopted of the manners of the shaft ,of the inclined sectionin the inlet or in the outlet ,called visually as “Dragon up one’s head”or “Dragon down one’s tail”in Chi…