高水头泄水建筑物的掺气减蚀试验

通过模型试验,对某高水头泄水建筑物进行了深入的试验研究,提出采用掺气减蚀方案,并为该工程选择了合理型式、尺寸的掺气坎,并提出了合理的建议。     

龙抬头泄洪洞反弧段空化空蚀研究进展

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,同时对反弧段的掺气减蚀和反弧段抗蚀体型的现有成果进行了综述,指出关于体型优化和掺气设施研究,数值实验具有花费少、适应能力强、提供的流场资料详细、便利方案选择等优点.     

渥奇面上掺气挑坎位置的试验与数值计算分析

采用了紊流模型对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了计算,并通过试验验证,发现该模型可较精确地模拟挑流流场和掺气空腔。同时结合试验资料,对掺气挑坎的布设位置进行了研究,得出了相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游的结论,前者流态稳定,散水减弱,下游掺气较佳,可成功解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该模型和位置优化结果对掺气挑坎设计选型及布置有指导意义。     

渥奇面上掺气挑坎位置的试验与数值计算分析

采用了紊流模型对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了计算,并通过试验验证,发现该模型可较精确地模拟挑流流场和掺气空腔.同时结合试验资料,对掺气挑坎的布设位置进行了研究,得出了相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游的结论,前者流态稳定,散水减弱,下游掺气较佳,可成功解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该模型和位置优化结果对掺气挑坎设计选型及布置有指导意义.     

瀑布沟放空洞掺气设施试验研究

瀑布沟水电站是一座正在建设的以发电为主,兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程.其放空洞流量大,流速高,坡度小,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∶30的水工模型试验,综合分析前人研究成果和已建工程原型观测资料,结合瀑布沟放空洞的具体情况,对掺气设施进行试验研究.通过试验研究,确定掺气设施位置,提出了瀑布沟放空洞掺气设施采用中闸室闸门后突扩突跌和明流洞中部U形挑坎后接陡坡的掺气形式,为放空洞掺气设施的选型设计提供参考.     

掺气防止消力池辅助消能工空蚀破坏的研究

对与消力池辅助消能工空蚀破坏有关的主要水力要素掺气浓度、时均水动压强进行了有无强迫掺气的对比试验研究,测量结果说明用挑跌坎式掺气设施促使入消力池水流强迫掺气,可以增大水跃主流区掺气浓度、减小易蚀区时均动水负压,有利防止空蚀破坏。另外,也证实了强迫掺气对改善水跃消能有利。     

高水头泄水建筑物侧墙掺气减蚀特性研究

工程中通常采用强迫掺气减蚀措施,防止泄水建筑物在高速水流作用下发生空蚀破坏,但在保护过流面底板的同时,忽视了对其侧墙的保护。为了减免位于高流速区域和低压区域侧墙发生空化空蚀,消除侧墙清水区,采用理论分析和物理模型试验研究方法,对龙抬头明流泄洪洞下游边墙掺气减蚀进行了研究,提出了在反弧末端加折流器（突扩）和突跌掺气方式。结果表明,采用突扩和突跌的掺气方式后,侧墙水流的出射角增大,侧空腔畅通,并直接和底空腔相连,有助于掺气坎后水舌的全断面的掺气,对侧墙和底板皆起到了很好的保护作用。     

掺气减蚀在白莲崖泄洪隧洞中的应用

以白莲崖泄洪隧洞为对象,分析其气蚀产生原因并提出相应应对措施,利用掺气减蚀形成掺气水流保护区以达到避免气蚀的效果.经过泄洪隧洞单体掺气模型试验资料分析,提出采用设两级掺气坎的底版掺气减蚀方案,且为了保护水流边避明流洞进口设侧突扩掺气槽,以进一步完善减蚀的效果.并为该工程选择了合理型式、尺寸的掺气坎,提出了合理建议.     

临界免蚀掺气浓度（C_k）的计算公式

基于水流掺气后对空化数影响的分析，推导出临界免蚀掺气浓度（Ｃｋ）的计　算公式，并利用乌江渡原型掺气减蚀试验观测资料进行了验证。计算结果表明，由该式预测临界免蚀掺气浓度是合理可行的。     

宽尾墩后局部边墙对掺气效果的影响

为了解决X型宽尾墩后台阶面的掺气问题,本文提出了在宽尾墩后设置局部边墙这一新的掺气设施,采用模型试验对比研究了有无局部边墙情况下阶梯面的流态、压强、掺气效果等特性。结果表明,无局部边墙时,水流出宽尾墩后在阶梯面向两侧扩散,封堵了掺气通道,极易发生空蚀破坏;设置局部边墙后,水流出宽尾墩后由于受到边墙的约束,能形成稳定的掺气空腔,掺气充分,可有效减免台阶面的空蚀破坏。宽尾墩后局部边墙结构简单,易于施工,掺气效果好,可有效解决同类工程的掺气减蚀问题。     

泄水建筑物反弧末端掺气坎的布置研究

在泄水建筑物中,为了减免在高速水流作用下过流面发生空蚀破坏,反弧段末端常常设置掺气坎.工程实践和科研表明,当掺气坎后为小底坡时,空腔内容易出现回水壅堵现象,减小了有效空腔长度,掺气效果不理想.采用数值模拟、模型试验的方法,对反弧末端掺气坎的布置进行了探讨得出:在泄洪洞反弧段末端设置底部掺气坎时,反弧段后附加离心力对底部空腔长度有显著影响.在反弧末段增加水平延长段后,反弧段下切点之后附加离心力具有过渡性质,随着附加离心力的减小,掺气坎后空腔长度有明显增加区间;水平延长段长度与反弧弧长的比在0.16范围内为空腔长度明显增加区间,在此区间内掺气坎后水流的水力特性得到了改善.     

Cavity length below chute aerators

It is proved that air entrainment is one of the efficient measures dealing with cavitation control for the release works of hydropower projects. There are many factors to be considered in designing a chute aerator. One of the most important factors concerns the cavity length below the aerator, which has outstanding effects on air entrainment against cavitation damage. It is crucial to determine reasonable emergence angle for the calculation of the cavity length. In the present paper the overall effects of structural and hydraulic parameters on the emergence angle of the flow from the aerator were analyzed. Four improved expressions of the emergence angle with weight coefficient were investigated through experimental data of 68 points observed from 12 aerators of 6 hydropower projects, of both model and prototype, on the basis of error theory. A method to calculate the cavity length below aerators was suggested, which considers overall effects of the above mentioned parameters. Comparison between the method in this paper and the other five methods of calculating the cavity length showed that the present method is much more reliable than the existing methods while the mean error of the method is less than others. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50539060) and the Innovative Project of Graduate Student in Jiangsu Province (Grant No. 2005-60)     

Experimental study on pressure and aeration characteristics in stepped chute flows

The free flow on the step surfaces has received much attention for its representative body type,flow structure,water-air two phase flow,cavitation,and many complex issues.The experiments about the time-averaged pressure and aeration concentration distribution on the step surface show that the vertical plane of steps will inevitably experience negative pressure,which must rely on adequate aeration concentration to avoid cavitation damage.However,the self-aerated flow at the head section has a relatively low aeration concentration,and the concentration of the entire steps decreases with the increasing of weir head,the minimum appears in the vicinity of the corner,and the location is close to the minimum pressure.Thus,it is necessary to set aerator in the upstream end of the step surfaces to avoid cavitation damage.     

小底坡、低Fr数泄洪洞掺气坎体型优化研究

位于小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气坎,其体型设计往往存在较大难度。为了查明小底坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一般规律,采用大比尺的模型试验,对三维掺气坎进行了系统研究。小底坡上的掺气坎,可用过坎射流最高点至底板的距离Tmax和空腔回水作为其体型优化的主要目标,良好的掺气坎应使空腔回水最少时Tmax也较小。试验结果表明:Tmax的主要影响因素为平均坎高及掺气坎横断面的型式,平均坎高愈小,Tmax愈小;横断面为凸型的凸型坎,可以减弱出射水流横断面上水面线的凹形分布,能使Tmax相对较小;空腔回水的主要影响因素为平均坎高及坎高差,适当增加平均坎高及横向坎高差,对消除空腔回水有利;在小底坡掺气坎体型优化中,三维掺气坎较二维连续坎有明显的优势,特别是凸型坎,容易达到空腔回水少,同时Tmax也较小的优化目标。     

三角形突体初生空化与空蚀的试验研究

通过不同高度与不同边坡组合的等腰三角形实体初生空化试验和突体后水泥砂浆材料的初生空蚀试验．量测了初生空化数、初生空蚀数和空蚀麻点率．并预测了５０ｍ／ｓ。流速级时初生空化数和砂浆表面出现麻点的初生空蚀教．得到的预测值与已有的原型观测值比较，基本一致，为拟定相应的不平整度控制标准提供了依据。