泄槽反弧段掺气坎空腔回水的试验研究

空腔回水是制约掺气效果的一个重要因素,影响掺气空腔回水的因素众多且复杂。通过泄槽反弧段模型试验,研究了当流量、挑坎高度、挑坎坡度等因素发生变化时,反弧半径的变化对空腔回水深度的影响。试验结果表明,当其他条件不变时,随着反弧半径的增大,空腔回水深度逐渐减小;反弧半径越小,对空腔回水深度的影响越明显;对于同一挑坎高度或坡度,空腔回水深度随来流量的增加而增加;随着挑坎高度、挑坎坡度的增大,空腔回水深度也随之增大,但当挑坎坡度达到一定时,空腔回水深度将不会增大。研究成果可为优化掺气坎下游设施的设计提供参考。     

通气孔对掺气坎空腔长度影响的试验研究

掺气坎空腔长度是控制掺气减蚀效果的一个重要参数.影响掺气坎空腔长度的因素众多,其中一个是空腔内负压,而空腔内负压又与通气孔的面积有关.通过水槽试验,研究了不同流量、挑坎高度、挑坎坡度、水槽底坡等因素发生变化时,通气孔面积对空腔长度的影响.试验结果表明:通气孔大小对空腔长度的影响明显,在其他条件不变时,通气孔的面积越大,形成的空腔长度就越长,但当通气孔面积大于一定数值后,空腔长度将不再增加.因此在工程中,必须保证合适的通气孔面积,以形成良好的掺气空腔,有效地完成掺气减蚀.     

泄槽反弧段掺气坎的空腔特性

空腔特性是影响掺气效果的重要因素之一,而空腔长度和空腔积水是反映掺气空腔特性的两个重要指标。通过二维数学模型建立和数值模拟计算,对反弧半径、掺气坎体型与反弧段水流特性及掺气空腔特性的影响关系进行研究。根据数值模拟结果可以看出,反弧半径的增大会引起空腔长度的增长而减短空腔积水长度;挑坎坡度越陡,空腔长度和空腔积水长度都会变得越长;空腔长度和空腔积水长度都与挑坎高度成正比关系。本结果可以为优化掺气设施提供科学依据。     

低弗劳德数下挑坎体型对掺气的影响试验

通过变换坎高及挑坎坡度,制作不同体型的挑坎模型,将其置于可变坡有机玻璃水槽中,研究在不同流量下坎后掺气空腔长度及回水深度的规律。试验结果表明:在其他条件不变的情况下,来流量与空腔长度成正比,挑坎高度对空腔长度的影响比挑坎坡度要大得多;流量越大,空腔回水深度越低,而空腔回水深度却随着挑坎高度的增加而增加,挑坎高度的增加与回水深度的减轻并不成正比;在试验条件下,射流水舌冲击角5.5°时已出现空腔回水,空腔回水的出现与射流水舌冲击角密切相关,但归根结底还是与来流条件、水槽底坡、掺气坎体型的确定有关。     

掺气坎(槽)射流空腔长度的计算

从分析掺气坎(槽)射流微分水体受力的力学关系出发，考虑了空腔内负压及运动液体所受离心惯性力的影响，建立起射流水舌下缘液体质点运动轨迹的微分方程．提出一种通过物理力学概念求解射流空腔长度的计算方法，并分析了空腔内负压、挑角等水力参数对射流空腔长度的影响．计算结果与试验值吻合良好。     

反弧段后掺气坎底空腔长度的计算

采用引入VOF方法的k~ε双方程紊流数值模拟和量纲分析的方法,对高水头泄洪建筑物反弧段后掺气坎底部空腔长度计算进行了研究,考虑反弧段附加离心力对空腔长度的影响,推导出高水头泄水建筑物反弧段后底空腔长度计算公式。该公式能够充分反映低弗氏数情况下,反弧段末端的掺气坎几何形态、来流条件及掺气坎后空腔长度的变化关系。     

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.     

侧掺气空腔长度计算方法研究

掺气空腔长度是衡量掺气减蚀效果的核心水力指标。针对关于侧掺气空腔长度计算方法的研究成果偏少的现状,通过模型试验和量纲分析,对陡槽上不同坎高和坡度侧掺气坎的空腔特性和射流扩散特性开展了研究,分析侧掺气坎体型参数及来流水力学参数对侧空腔长度的影响,推导出侧空腔长度计算公式,并采用多组实验数据进行了验证。结果表明该公式能较准确地估算侧掺气空腔长度。     

缓坡条件下掺气减蚀设施的体型研究

结合小湾泄洪洞掺气减蚀设施优化研究，提出了“当量坎高”的概念与凹型掺气坎的布置构想，在相同“当量坎高”的前提下，通过1：60水工模型试验，对平面凹型、平面凸型、平面梯形、U型坎，以及直线型挑坎等掺气坎体型进行了对比试验研究，从掺气浓度、空腔特性及通气量等指标看，凹型掺气坎是一种较优的布置形式．从物理机制上看，平面凹型掺气坎因空腔内水气交界面积大，对提高空腔内的总通气量、改善掺气条件有利；另外，相对于其他异型掺气坎而言，凹形掺气坎在两侧边墙处空腔更为完整一些，这对提高边壁角隅区域水流的掺气能力，增进边墙的抗空蚀效果也有一定的助益．     

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。     

有压出流条件下突扩突跌掺气设施空腔长度研究

掺气减蚀措施可以减免高速泄水建筑物的空蚀破坏。采用突扩突跌掺气设施,会同时形成底空腔及侧空腔,获得较好的掺气减蚀效果,对建筑物底板及侧墙均起到良好的保护作用,在有压出流条件下,通过对突扩突跌掺气设施水工模型进行不同突扩宽度、跌坎高度、下游坡度、来流条件下的模型试验,初步确定了跌坎高度、突扩宽度、下游坡度对空腔长度的作用方式。结果表明,有压出流条件下,在其他条件相同时,底空腔长度与突扩宽度、跌坎高度均呈正相关关系,与下游坡度呈反相关关系;侧空腔长度与突扩宽度呈正相关关系,与跌坎高度及下游坡度均成反相关关系。最后通过量纲分析拟合出有压出流条件下,相对侧空腔长度与综合水力参数X的关系,得到在X<8时计算侧空腔长度的经验公式。     

坡面水蚀过程与地形演变关系试验研究

采用径流冲刷试验的方式对坡面水蚀过程进行研究,记录了在不同坡度和不同冲刷流量工况下坡面侵蚀量、侵蚀沟宽和溯源速度的变化。结合坡面侵蚀沟头溯源速度、断面侵蚀沟宽度等的变化曲线,分析了水蚀过程中坡面侵蚀量与地形形态变化的关系。结果表明:流量和坡度是水蚀过程的动力因素;溯源速度、沟壁的坍塌展宽及细沟的横向合并是导致坡面侵蚀量出现波动、峰值大小以及出现时间早晚的根本原因;坡面侵蚀方式与地形演变过程有着密切的关系。     

窄缝挑坎消能工几个水力参数试验研究

窄缝挑坎消能工以其消能效果显著被广泛运用于高坝建设中,通过建立概化物理模型对窄缝挑坎消能工几个典型水力参数进行模拟研究,根据工程经验分别选取收缩断面前不同来流条件,不同收缩比、挑坎挑角的窄缝体型,共计9组36种试验工况来进行系列模型试验,分析总结其变化影响规律,研究成果可为窄缝挑坎消能工优化设计和进一步深化研究提供理论支持。     

江河堤防植物护坡草种选优试验

本文通过革种选优结合第二松花江松原段堤防绿化示范工程,在理论分析的基础上进行试验性观测,其观测及理论分析结果证明,无芒雀麦和扁穗冰草的混播,在该地段采用是一种可行的草种和混播方式,适宜在该区域进行推广应用。     

模拟上方来水对工程开挖面冲刷的试验研究

工程开挖面是生产建设项目水土流失的主要来源之一,开挖面下垫面改变剧烈,产生的水土流失既有传统水土流失的共性,又有其自身的特殊性。其中有汇水影响开挖面占总开挖面数量的94%。通过人工开挖坡面小区及放水冲刷试验模拟汇水影响,研究上方来水条件下开挖面水土流失规律,以期为开挖边坡水土流失预测及防治提供理论基础和科学依据。结果显示:放水冲刷试验过程中基本没有初损历时,径流系数普遍偏大;侵蚀外营力放水流量、下垫面因素坡度、坡长等对开挖面土壤侵蚀均有重要的影响,均与单位面积土壤流失量呈极显著相关;新旧开挖面土壤流失量差异显著,其倍数与坡度呈极显著幂函数负相关关系;随放水流量增大,各小区径流量、单位面积产沙量均呈增大趋势;同一放水流量,不同坡长小区产流产沙差异不明显;同一放水流量,不同坡度小区之间单位面积产沙量差异显著,但径流量差异不明显。     

挟沙水流综合糙率系数的研究

在现有研究成果的基础上,通过分析大量天然河道实测资料和他人的水槽试验资料,发现在挟沙水流中,综合糙率系数与水深、流量的相关性较差;与含沙量的相关性较好,并且糙率系数随含沙量的增加先减小后增大;在一定佛氏数条件下,糙率系数与佛氏数的相关性最好,且随佛氏数的增加而减小,可以根据佛氏数来计算糙率系数,但在较大佛氏数后,二者关系出现“向上翘”现象。