挑坎型掺气减蚀设施过流掺气特性研究

采用一维激光测速系统，对掺气减蚀工程中常用的直线型挑坎的流场特性进行试验研究．通过测量挑坎上及空腔区水流的流速分布及紊动特性，探讨通气量与紊动强度的关系．同时在深入研究流场特性和掺气机理的基础上，通过分析影响掺气的因素，从理论上探求临界掺气流速的计算，重点分析挑坎型掺气过流在空腔负压较大的情况下，临界掺气条件的理论预测，并通过试验资料验证了该计算方法．在此基础上，还进一步研究了掺气量的计算公式及其变化规律．     

掺气坎射流出射角的修正方法

掺气坎后射流出射角受到来流水深和射流紊动扩散的影响,不等于挑坎的挑角,计算掺气空腔长度时,应该对出射角进行修正。而目前采用的考虑紊动扩散对出射角影响的修正方法存在不合理的假设。考虑到坎末水流流态为充分发展的紊流,射流边缘处于紊动能耗散区,提出了一种紊动扩散对出射角影响的修正方法。采用该方法计算的射流紊动扩散角与试验结果更吻合。对出射角修正后,结合简单的抛射体公式,就能较精确地估算掺气空腔长度。     

掺气减蚀挑跌坎与水流紊动特性

本文应用二维激光测速装置测量孔口后明槽水流紊动特性（时均流速、纵向垂向脉动流速强度分布）及掺气减蚀挑跌坎对其产生的影响程度和范围。明槽水流趋于稳定断面的平均相对纵向脉动流速强度σ↑－ｘ／ｕ↑－ｘ为０．０７，相对垂向脉动流速强度σ↑－ｙ／ｕ↑－ｘ约０．０３４，与其他条件下的测量结果一致；掺气减蚀设施会使时均流速减小，而纵向脉动流速强度和垂向脉动流速强度则会明显增强。但掺气设施对水流紊动特性的影响是沿     

溢洪道差动式挑流鼻坎挑距和冲深特性探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可明显增加挑射水流在空中的碰撞、紊动和掺气,大大减轻下游河床的冲刷.根据部分溢洪道工程的水工模型试验资料,对差动式挑流鼻坎挑射水舌挑距及其下游河床冲刷坑深度的估算方法进行分析和探讨,可供类似工程设计和运行参考.     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

柏叶口水库泄洪发电洞掺气水流对挑距的影响分析

探究柏叶口水库泄洪发电洞水流挑距产生较大偏差的原因,可针对性地对泄洪发电洞进行出口挑流消能。文章对其泄洪发电洞下泄水流的流态、受力情况、紊动掺气特性等进行了分析,得出结论:挑距产生偏差的原因主要是水流的掺气减阻效应和离心惯性力的影响。     

大岗山水电站掺气坎数值模拟分析

对大岗山水电站1#掺气坎采用常规挑坎体型和新掺气坎体型进行数值模拟计算,分析水位工况下的水流流态、水流的压力分布、水流速度分布、空腔特性等。结果表明新掺气坎体型具有较好的掺气效果,对类似项目有一定的借鉴作用。     

泄槽底坡对掺气坎射流空腔积水的影响

通过作者建立的掺气坎射流曲线方程和掺气空腔积水方程,分析计算了泄槽底坡对跌坎型、挑坎型和挑跌坎型3种掺气坎掺气空腔积水的影响.计算结果表明,泄槽底坡对3种体型掺气坎掺气空腔积水的影响规律是一致的.随泄槽底坡增大,空腔积水减弱,最终消失;掺气坎后挑射水流与底板的冲击角随泄槽底坡增大而减小;不同体型掺气坎的临界冲击角是不一样的.研究成果可为掺气坎的设计提供参考.     

通气坎下游掺气浓度分布的研究

本文从气泡输移方程出发,结合原型和模型实测资料分析,给出了平直底板通气挑坎下游水流底部的掺气浓度沿程演变规律、相应的保护长度及含气量沿程递减率等计算公式。并在计入水流速度、气泡上浮速度和紊动扩散系数的沿程变化的情况下,求得了不计表面自掺气影响的气泡输移方程的理论解。实例验证,本文的有关结论和相应的计算方法是适宜的。     

掺气挑坎下游的含气浓度分布

采用挑坎掺气减蚀设施,整个过水道上需要设置几道挑坎,必需解决的问题之一就是掺气设施的保护长度问题。显然如果能掌握挑坎下游耗散区的含气浓度分布,确定其保护长度的问题就迎刃而解。为了达到这一目地,作了应用紊动扩散理论来描述挑坎下游耗散区的含气浓度分布的探索。     

挑坎掺气在岔河水库溢洪道中的应用研究

对于中、高水头泄水建筑物,空化水流易诱发结构空蚀破坏。基于岔河水库溢洪道原设计体型,通过模型试验,研究在泄槽抛物线段上、下游侧增设不同体型掺气坎对空化水流的影响。成果表明:挑坎布置于下游侧,散水现象明显,随流量增大,下游泄槽流态恶化。挑坎布置于上游侧(挑角5°、坎高Δ=0.40 m),未掺气时,坎后射流空腔内充满回水,呈负压状态;下游泄槽空穴数上升,水流流态较为平顺;坎高增加,空穴数反而减小;强迫掺气条件下,坎后能够形成稳定的射流空腔,随挑坎高度增加,空穴数变化并不明显,泄槽水流流态反而更趋紊乱。     

挑流反弧段水流掺气浓度的试验研究

通过泄槽水力学模型试验,研究了溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物挑流反弧段掺气浓度的沿程变化规律;分析反弧段掺气浓度分布与挑坎高度、挑流段反弧半径以及来流流量之间的关系,以期为优化掺气坎体型及掺气坎下游设施提供依据。试验结果表明,挑流反弧段水流表、中、底不同部位掺气浓度的沿程衰减率是不相同的;在试验范围内,挑流反弧段水流掺气浓度随掺气坎高和反弧半径的增大而增大,随流量的增加而减小。     

挑坎掺气槽过流空腔区掺气特性的研究

本文探讨了挑坎掺气槽过游空腔区的掺气特性。对掺气机理、临界掺气所条件、所泡上浮特性、紊动扩散系数、断面含气液度和通气量进行了较详细的理论分析。主要结果得到实测资料的验证。     

布列依水利枢纽运行期的泄水建筑物及水力学论证

布列依水电站泄水建筑物为８跨溢洪道，采用挑流鼻坎防止建筑物和左岸被大泄量水流冲刷。为此进行了多种模型试验，以探讨水力学特性。试验得出：双层挑流鼻坎结构辅以掺气装置掺气，可大大减轻水流对建筑物、左岸及河床的冲刷。     

龙抬头式泄洪洞反弧末端边墙掺气减蚀设施的研究

高水头龙抬头式明流泄洪洞发生空蚀的部位一般位于反弧末端下游边墙及底板上,因此研究该部位的掺气减蚀设施具有十分重要的应用价值。结合二滩水电站1号泄洪洞,研究了反弧段边墙掺气问题,基于掺气挑坎设计中应遵循的基本原则,提出了一种新型的斜侧收缩式掺气挑坎体形,并分析了影响侧收缩掺气挑坎挟气量及挑坎下游水流流态的因素。     

挑流水垫塘坎尾壅水特性研究

挑流水垫塘(消力池)尾坎的壅水特性,对尾坎选型有重要的影响。通过模型试验实测和堰流计算的对比分析,对非淹没和淹没过流状态下尾坎壅水特性进行了研究。研究发现,受水垫塘(消力池)内的水流紊动影响,一般实际工程中尾坎高度可能偏小,因此,选择尾坎高度时需要在堰流计算的基础上适当加高。非淹没过流状态下,当泄洪流量相对较小时,尾坎高度可直接由堰流计算壅水曲线确定;随着泄洪流量的增加,水流紊动对尾坎壅水高度的影响也越来越大,尾坎的实际壅水高度与堰流计算值之间的差值逐渐增大,最高可达16.64%。淹没过流状态下,随泄洪流量的增加,水流紊动对尾坎壅水高度的影响越来越小,尾坎的实际壅水高度与堰流计算值之间的差值也逐渐减小,最小仅为7.43%。     

明流泄洪洞掺气减蚀设施优化试验研究

通过水工常压模型试验，对高水头、大单宽流量、小底坡龙抬头式明流泄洪洞掺气坎进行了系统的试验研究及优化试验，提出了一种新型的V形掺气挑坎。该掺气坎的空腔长度沿水流的横断面方向是连续变化的，射流挑距两边长、中间短，尽管最小空腔的长度可能已小于临界值，但由于最大空腔长度仍远大于临界值，在其作用下，便可使回流退去，空腔恢复，保证一定的通气量。这对类似工程掺气设施的合理设计有十分重要的参考意义。     

通气减蚀挑坎水力学问题的试验研究

本文仅对通气减蚀设施中应用较普遍、体型最简单的陡坡上微突挑坎进行了较系统的试验研究。文中就挑坎高度、坎后空腔的长度和轮廓,空腔末端断面水流掺气情况,底板承受的动水压力,沿壁射流底层的挟气能力等,按自模、相似原理进行了试验分析,给出了一系列经验性拟合方程。最后,根据沿壁水流掺气状况的演变资料,讨论了通气减蚀设施的防蚀保护范围,并提供了估算方法。     

带掺气槽岸边溢洪道挑流消能工水力特性

采用RNGk-ε双方程紊流模型对掺气槽、差动式挑流鼻坎和预挖坑联合运行的岸边溢洪道水流流场进行研究,模拟了具有大曲率水气交界面的挑射水舌和掺气坎水流,分析讨论泄槽流态、掺气槽底板最大冲击压力和差动式挑坎压力分布,给出了挑射水舌以及预挖坑的水流结构与速度分布特性,并将计算值与实验值进行对比,两者吻合良好。研究结果表明:泄槽中4道掺气槽的设置能有效减免发生空蚀破坏,但对泄槽中水面有一定的影响;高扩散低收缩差动式挑流鼻坎与预挖坑的联合运用消能效果理想。     

交错有坎台阶式溢洪道消能特性的数值分析

在台阶式溢洪道上布置上下交错的消力坎,在台阶面形成较小的消力池,通过增加水流的掺气量,达到改善水流形态,增加消能效果的目的.交错有坎式溢洪道可降低空蚀对台阶面的破坏,能够有效的减缓水流对下游河道的冲刷,达到消能防冲的目的.本文通过对不同体型的有坎台阶式溢洪道进行数值模拟,分析不同工况下的消能率、紊动能与紊动耗散率,得出最优体型,为同类型工程的改扩建提供一定的思路.