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.     

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。     

空蚀破坏的微观氧化过程

为了探索空蚀破坏过程中的腐蚀效应,利用旋转圆盘空蚀模拟试验机、扫描电子显微镜、光学显微镜结合数码技术,对圆盘试样空蚀破坏部位进行了研究,观察到了微观破坏的形貌-多彩斑点.通过对多彩斑点的分析发现:一个多彩斑点是一个大的气泡溃灭产生的高速微射流对金属表面的破坏结果.微射流的能量极高,微射流和金属表面接触的瞬间可造成局部的烧损和严重的高温氧化.用高温氧化过程合理解释了多彩斑点的形成,丰富了空蚀破坏机理.     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

水工混凝的空蚀试验及抗空蚀性能

利用旋转圆盘空蚀试验装置,通过在拟定水流条件下对不同配合比混凝土材料的抗空蚀试验,测定并分析了该类蚀材的抗空蚀行为。结果表明,水工混凝土在空蚀荷载的交变应力应变和单向应力应变作用下,其空蚀特征参数（如失重率、麻点率、表面裂缝、潜伏时间等）与疲劳特性指标（如断裂韧性、弹模、强度、硬度等）具有良好的相关关系。     

水力机械过流表面空蚀程度的图像检测

在闭式循环水洞即空蚀磨损试验系统中,对铝制raf61翼型,在空化数为0.6的条件下进行空蚀程度研究.传统的量化方式难以满足测量要求,提出了数字图像检测的方法.获取翼型表面SEM空蚀图像,针对图像直方图单峰分布进行背景灰度级修正,采用Canny算子检测空蚀坑洞边缘,二值形态学方法统计计算空蚀破坏表面参数.检测结果表明:该表面蚀坑数为1.54个,空蚀破坏表面积为8.3865 ×10~4个像素,图像测量检测有较高精度.     

不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险分布研究

探究了不同空化数下E779A螺旋桨叶片表面空蚀风险分布及其影响机制。采用大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法和ZGB(zwart-gerbera-belamri)空化模型对不同空化数下绕E779A螺旋桨的空化流动进行了数值模拟研究,数值计算结果与实验结果吻合良好,预测的非定常空化形态与实验结果基本一致。在此基础上,基于改进的灰度值法开展了不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险研究。结果表明,改进的空蚀风险预报方法可以较好地预报空蚀风险。在其他条件一致的前提下,空化数的降低将使桨叶表面空蚀风险区域的覆盖面积增大,相应的表面空蚀风险强度最大值也将逐渐增加,桨叶表面中高空蚀风险覆盖面积随之增大。     

CrMnB堆焊合金的空蚀行为

利用超声振荡空蚀实验设备研究了CrMnB堆焊合金的空蚀行为，实验结果表明：CrMnB堆焊合金抗空蚀性能显著高于0Cr13Ni5No马氏体不锈钢，堆焊合金中亚稳奥氏体在冲击力的作用下，诱发马氏体相变，提高堆焊合金表面的硬度和强度并吸收引起空蚀损伤的冲击能，是CrMnB堆焊合金具有很高抗空蚀性能的主要原因。     

国外泄水建筑物掺气减蚀研究

泄槽掺气设施是目前较为通用的工程减蚀措施,前人对其掺气机理与布置形式进行了大量的研究工作,其中,国外的工作侧重于机理研究,主要探讨空化空蚀的发生、水流的掺气过程及气体的逸出过程等,而国内的工作则紧密结合工程实际,重点研究掺气浓度的减蚀效果及掺气设施的布置方式。对国外相关研究工作进行了系统的回顾,希望能够在理论及实践上对我国高坝泄洪的掺气减蚀问题提供一定的借鉴。     

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。     

倒U型泄洪洞水力特性试验研究

雷公洞枢纽是岩溶地区堵塞溶洞形成的水利水电工程,受其特殊的地形地质条件限制,泄洪洞采用了较为罕见的倒U型布置,洞内最大水头140m,下游陡坡泄槽段最大流速高达50m/s左右,各种因素使得本工程泄洪洞水力特性变得十分复杂.通过模型试验研究这种高水头、高流速且布置形式特殊的泄洪洞水力特性:水流流态、压力、流速以及空化情况等,并比选了不同的闸门方案及闸门槽与下游泄槽之间的衔接段体型,给出了泄洪洞体型的优化修改意见,研究成果可为类似工程设计提供参考.     

前置掺气坎式阶梯溢洪道体型特点及工程应用试验研究

为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,将掺气坎应用到阶梯溢洪道体型设计中,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道。这既能充分利用阶梯增加沿程消能的优点,又能扩宽阶梯溢洪道的应用范围。工程模型试验成果表明,通过掺气坎和阶梯的体型优化,各级流量的消能率均达到70%左右。1:40物理模型试验上实测溢洪道阶梯竖直面后的掺气浓度沿程分布均大于5%。研究表明这种新型阶梯溢洪道掺气量与掺气浓度易于控制,底部掺气充分,抗空蚀性能优越,消能率高,可以在高水头、大单宽流量溢洪道中推广应用。     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。     

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。     

水轮机空化系数的动态测定

水轮机叶片上的空化空蚀破坏造成水电站的频繁检修,利用计算流体力学软件Fluent对HL240型水轮机的设计工况进行数值模拟,模拟结果求出的空化系数与模型试验非常吻合。在一定的时段对机组的运行工况进行数值模拟,利用模拟结果可得到该时段叶片各个区域上的空化系数,从而判断该区域是否发生空化空蚀。把不同时段的结果进行汇总,则可以得到整个叶片上发生空化空蚀的总区域和各区域发生空蚀破坏的程度,从而对水轮机何时进行检修提供理论指导,使水电站经济效益达到最大化。     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明,重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同,但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时,在相同空泡数下,通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似,并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动,它们特点各异,对空泡产生的影响也不同．     

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。     

长江中上游供水泵汽蚀成因分析与改进

本文阐述了供水泵汽蚀的分布、类型及对汽蚀样件进行的定量测定。在实际运行观测和对样件进行分析的基础上，提出了汽蚀的成因和改进措施。