“龙抬头”泄洪洞高速水流掺气减蚀研究

高流速泄洪洞易发生空蚀破坏,甚至威胁建筑物安全,采用合适的掺气减蚀措施是减免空化、冲蚀破坏有效的技术手段。涔天河水库工程通过减压模型试验、理论计算分析、工程运用调研,对"龙抬头"布置的2#泄洪洞高速水流掺气减蚀开展了系统研究,提出了局部体型改进措施、衬砌平整度控制标准,及掺气坎布置与体型优化,简化了衬砌施工工艺,加快了施工进度,保证了工程质量。     

"龙落尾"布置形式在高速水流泄洪洞中的应用研究

结合涔天河水库１＃泄洪洞掺气减蚀与衬砌施工质量问题,对“龙落尾”布置形式在高速水流泄洪洞中的应用进行了研究。水工模型试验表明:在合适的主洞纵坡以及掺气坎布置条件下,该形式大大缩小了泄洪洞高速水流空蚀影响范围,优化了洞身断面尺寸,减少了掺气坎数量,保证了高流速区的掺气效果,降低了隧洞衬砌施工难度。     

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。     

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。     

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。     

河口村水库泄洪洞水力学关键问题研究

通过单体水工模型试验,研究河口村水库高流速泄洪洞的掺气减蚀措施,优化泄洪洞体型。结果表明:1#泄洪洞弧门后突扩突跌掺气体型合理,能形成稳定空腔,达到掺气减蚀目的;2#泄洪洞龙抬头末端突扩突跌掺气效果好,从洞身水面以上取气能满足掺气需求;2#泄洪洞鼻坎顶高程决定了其运行范围及方式,可低于下游最高洪水位。     

小湾水电站泄洪洞减小空蚀程度的保证措施

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。泄洪洞抗冲耐磨混凝的土施工及质量控制是减小泄洪洞过流面空蚀程度的基本保证措施,掺气减蚀方案的设计是减小泄洪洞过流面空蚀的最有效措施。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞掺气减蚀设施研究

深孔泄洪洞采用有压接无压布置型式,无压段流速26.6~42.2 m/s,水流空化数0.34~0.15,其中大部分洞段流速大于30 m/s,水流空化数小于0.30,为避免高速水流引起空蚀破坏,在控制过流面平整度和采用高等级抗空蚀混凝土的同时,需布置合理的掺气减蚀设施。通过大比尺模型试验对掺气坎体型进行了多方案比选,得到了合理的底部掺气坎体型,试验成果表明设置两道掺气坎后无压洞段底板掺气浓度和通气井内风速满足规范要求。     

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.     

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。     

平底泄洪洞掺气设施体型研究

掺气减蚀是减免泄水建筑物空化空蚀的常用方法,但对于一些小底坡泄洪洞,如果采用常规的掺气设施结构,掺气空腔往往会被淹没,使其失效反而成为空化源。小底坡泄洪洞的掺气设施体型设计一直是掺气减蚀研究的难题。文章针对平底泄洪洞的掺气减蚀,通过理论分析和1/30的大比尺模型试验,进行了四个方案的对比研究,提出了一种新型的挑坎下游加设贴坡的掺气设施,有效地抑制了空腔回水,获得了稳定的掺气空腔,并且通气量、气水比等掺气特性指标都有明显改善。     

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.     

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.     

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。     

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.     

小湾水电站泄洪隧洞掺气减蚀研究及实际效果分析

为解决小湾水电站泄洪洞高速水流产生的空化空蚀问题,采用物理模型研究了泄洪洞和掺气坎的体型,提出掺气坎后三级坡的泄洪洞体型和只跌不挑的掺气坎体型。水力学原型观测和实际应用效果表明:研究成果和设计是成功的。介绍了研究过程和部份水力学原型观测成果。     

基于原型观测的高水头泄洪洞通气特性研究

掺气减蚀是降低高速水流对泄水建筑物造成空蚀破坏的一项重要措施。以锦屏一级水电站原型观测试验为基础,分析了原型观测数据结果,研究了泄洪洞整体通气系统的通气特性以及泄洪洞通气量与泄洪水流间的关系。研究表明,泄洪洞及掺气竖井进气量随闸门开度增大而增大,补气洞进气量随流量增大而增大,但泄洪洞的洞顶余幅会限制进气量随流量的线性变化,洞顶余幅越小,进气量相应减小。     

泄洪洞掺气水流模型试验研究

通过1：20大比尺掺气水工模型试验，对小浪底3号孔板泄洪洞中闸室流态、通风情况、压力、掺气浓度等进行了观测和研究。成果表明，泄洪洞在正常运行情况下，通气情况良好，但侧空腔较小，导水板下方及稍后部位存在掺气浓度为零的清水区域，该部位极易产生空蚀破坏；在中闸室范围内底部水汉掺气已具有一定减蚀保护作用。     

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。     

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。