长河坝水电站泄洪洞掺气减蚀设施设计

长河坝水电站3条泄洪洞水头高、流量大、流速高,泄洪洞空化空蚀问题突出,需设置掺气减蚀设施。结合水工模型试验,分析了泄洪洞空化特性,优化了掺气减蚀设施型式选择。流态及掺气效果分析表明,最终确定的方案能有效地防止或减少气蚀的破坏,掺气效果良好。     

较缓底坡上掺气减蚀设施的研究

在较缓底坡上设置掺气减蚀设施的最大难题就是掺气坎后的空腔回水问题.空腔回水不仅影响掺气设施的掺气效果,而且还可能堵塞进气通道,使掺气设施失效.对此,国内学者已进行过很多研究,提出了凹形坎、凸形坎、V形坎等各种三维掺气坎体型,可以有效地减少空腔回水,改善通气效果,但是并不能完全消除空腔回水.金川水电站泄洪洞原设计底坡0.03,通过模型试验,最终采用一种底板下弯式掺气设施,可以形成稳定的掺气空腔,并能完全消除空腔回水,可供同类工程参考.     

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。     

白莲崖水库泄洪洞掺气减蚀设施优化设计

白莲崖水库泄洪洞具有流速高、单宽流量大、佛氏数低、底坡小的特点,该类型泄洪洞体型和掺气减蚀设计难度较大.文章介绍了本工程泄洪洞掺气减蚀设施型式及各细部结构设计优化情况.     

小底坡泄洪洞掺气减蚀设施体型试验研究

本文以大渡河金川水电站泄洪洞为例,通过闸门不同开度,对泄洪洞掺气设施体型的试验研究比较,得出了适合小底坡泄洪洞的掺气设计体型,其不仅能形成稳定的进气空腔,较好地解决了空腔的回水问题,而且对水流干扰很小,不影响洞内水流流态。     

构皮滩泄洪洞掺气设施试验研究

构皮滩泄洪洞洞内水流的流速高,沿程空化数小,存在高速水流空蚀破坏的可能,应采取掺气减蚀措施.通过模型比尺为1∶50的水工模型试验,对不设掺气设施的泄洪洞施测流量、压力、水面线等物理量,并计算沿程空化数,确定掺气设施布置位置;综合分析前人研究成果和已建工程原型观测资料,结合构皮滩泄洪洞的具体情况,对掺气设施进行试验研究.通过试验研究,提出了构皮滩泄洪洞掺气设施采用V形掺气坎,为泄洪洞掺气设施的选型设计提供参考.     

溪洛渡水电站大型泄洪洞龙落尾掺气减蚀设计优化研究

溪洛渡水电站泄洪洞龙落尾段沿程水流流速增加,压强和空化数沿程降低,相应带来空蚀破坏问题。为了达到较好的掺气减蚀效果,采用物理模型试验研究方法,对龙落尾段底板挑坎+突跌及侧墙收缩体型进行了研究,研究了底板掺气空腔与侧墙掺气空腔之间的相互关系。在确定底板掺气体型下,对侧墙掺气进行了详细研究,以保障掺气设施下游侧良好的水流流态和稳定的掺气空腔形态,对底板和侧墙起到保护作用。     

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。     

低数、小底坡泄洪洞掺气设施研究

泄洪洞具有高流速、低Fr数和小底坡的特点,掺气空腔容易产生回水,布置掺气设施的难度较大。采用模型试验和理论分析相结合的方法对泄洪洞掺气设施进行研究。通过比较掺气挑坎高度、坡度、坎后底坡及衔接形式,分析这些特征参数对空腔回水、通气量及流态的影响,拟合了空腔无回水的临界Fr数与挑坎高度的关系式,总结了掺气设施体形优化方法,研究成果已被实际工程所采用。     

缓底坡、低Fr明渠掺气设施水力特性试验

针对传统的低弗劳德数、缓底坡明渠遇高水头大流量水流时存在空化空蚀的风险,提出一种布置于有压进口处的新型楔形掺气减蚀设施。通过模型试验,对该楔形掺气设施后的空腔形态、掺气浓度进行了测量。结果表明,采用这种新的掺气设施可以产生稳定的掺气空腔,明渠水体掺气效果明显,并能较快发展至底板,从而对明渠起到掺气保护作用。     

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。     

不同跌坎体型对掺气减蚀的影响试验研究

空蚀不仅破坏泄水建筑物出口的过流表面,严重时还会导致主体工程失事。因此,需要采取一定的工程措施改变高速水流区的压力分布,以提高空穴数,进而达到减轻或消除空蚀破坏的目的,而在边坡位置设置跌坎进行人工强迫掺气正是一种可行的选择。本文针对德党河水库泄洪洞出闸水流可能发生的空化空蚀现象,通过模型试验研究,分别测试了0 m×0 m、0.14 m×0.14 m、0.28 m×0.28 m、0.42 m×0.42 m、0.56 m×0.56 m等不同跌坎断面尺寸对下游泄槽临底压力与流速分布及空穴数变化的影响。成果表明:随着跌坎断面尺寸的逐渐增大,测点空穴数变化明显,当跌坎尺寸超过0.42 m×0.42 m继续增大时,测点空穴数趋于稳定,亦即0.42 m×0.42 m和0.56 m×0.56 m的跌坎体型尺寸能够有效减轻泄槽底板可能出现的空蚀破坏。     

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.     

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。     

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…     

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。     

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.     

三维异形掺气坎体形压力及空化特性研究

采用数值模拟的方法,对明流泄洪洞典型三维异型掺气坎(U型、V型和凸型掺气坎)进行了模拟,分析研究得出,V型坎和凸型坎与U型坎特性相比,压力具有一定的相似性,体形结构具有更好的连续性;不同掺气坎体形的最小压力分布均发生在坎末端,其主要原因是受空腔压力特性的影响,压力出现过渡特性,该区为空化敏感区。采用压力场与变密度方程相结合的紊流数值模拟,给出了三维异型掺气坎的空化发生和发展的范围;受空腔压力特性的影响,空化初生均发生在掺气坎末端,与其压力特性一致,每个掺气坎凹型部位是空化发生的敏感区。     

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES OF HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF DISCHARGE TUNNEL WITH VORTEX DROP

The velocities at given points in the volute chamber,the contracted section and the vertical dropshaft of a discharge tunnel with vortex drop were measured by a small specially designed L-shaped tube,as Laser Doppler Velocimetry(LDV) or Particle Image Velocimetry(PIV) would not work there due to the special structure of the discharge tunnel with vortex drop.Hydraulic empirical formulas were proposed to predict the velocities and the angles of the velocities made with the vertical direction θ.The theoretical analysis results were in good agreement with experimental data.Therefore,the method proposed in this paper can be used to analyze related characteristics of discharge tunnels with vortex drop.Additionally,different model scales were considered to predict the cavitation characteristics on the wall of a dropshaft in practical engineering.