泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀试验研究

龙抬头明流泄洪洞采用常规的底部掺气设施,容易在反弧末端下游附近侧墙处形成掺气盲区,从而导致该侧墙的空蚀破坏,反弧末端下游侧墙是龙抬头明流泄洪洞掺气减蚀设计的重点和难点。文中通过大比尺的模型试验,系统分析了侧墙贴角及边墙突扩两类反弧末端侧向掺气设施的水力掺气特性,试验表明,这两类侧向掺气设施均能有效消除反弧末端下游附近侧墙上的掺气盲区,达到减免侧墙空蚀的目的。     

泄洪洞侧墙的人工强迫掺气减蚀研究

采用常见的底部掺气设施时,反弧段下游附近边墙仍存在较大范围的掺气盲区,从而反弧段下游边墙容易产生空蚀破坏。利用反弧段上游掺气坎空腔进行人工强迫通气的试验表明,增加反弧段前掺气坎的掺气能力,虽能一定程度减小反弧段下游边墙的清水区范围,但难以将其完全消除。反弧段下游边墙清水区直接强迫通气的试验表明,通过边墙通气孔进入水流的气体扩散范围很小,且由于沿边墙高度各点动水压力不一样,很难保障沿边墙高度掺气的均匀性;同时,强迫通气所需的动力设备功率很大。因此,在实际工程中采用人工强迫通气减免反弧段下游侧墙的空蚀难度很大。     

泄洪洞反弧末端掺气减蚀研究

对高水头、大单宽流量、低佛氏数、小底坡长明流泄洪洞，在反弧段末端采用常规的掺气坎往往难以取得理想的掺气效果，同时，反弧段下游边墙易出现空蚀破坏。本文在大比尺模型试验的基础上，提出了竖向、纵向及横向三维均连续变化的新型掺气坎，并对比分析了掺气坎三维体型的变化对掺气特性的影响。试验表明，空间三维连续变动的V型坎能使挑射水流形成连续变化的空腔长度，较二维掺气坎在上述特点的泄洪洞中能形成稳定的空腔形态、减小空腔回水并提高挟气量。试验同时表明，泄洪洞反弧末端掺气坎后空腔段水流动水压强小、水流空化数低，容易出现空化；同时，反弧段下游水流表面自掺气尚不够充分，底部强迫掺气尚未充分扩散，致使反弧段下游附近边墙存在较大范围的掺气盲区，从而容易导致反弧段下游边墙的空蚀破坏。     

盘石头水库泄洪洞的掺气减蚀研究

盘石头水库是正在进行规划设计的一座大型综合性水利枢纽工程，其泄洪（导流）洞流量大、流速高，且结构体型复杂。在综合防蚀减措施设计中，掺气减蚀是一种经济又可靠的措施。     

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。     

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。     

泄洪洞反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀作用

通过对龙抬头明流泄洪洞反弧末端下游易蚀原因的总结分析,指出在设计掺气坎时应重视反弧段下游附近边墙的掺气防护。通过大比尺模型试验,对能否通过增加反弧段上游掺气坎的掺气能力达到对反弧段下游侧墙的减蚀目的的问题进行了研究,试验表明:增加反弧段前掺气坎的掺气能力,虽然能在一定程度上改善反弧段下游边墙的掺气效果,并减小边墙清水区范围,但反弧段前掺气坎的掺气能力即使较大时,也难以完全消除边墙清水区,该措施难以可靠地解决反弧段下游边墙的空蚀问题。     

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。     

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。     

大型“龙抬头”明流泄洪洞小底坡掺气减蚀设施的选型研究

本文介绍“龙抬头”式明流泄洪洞掺气减蚀的试验成果。推荐一种适用于高流速、大单宽流量、小底坡明流泄洪洞的新颖U型槽式掺气坎。同时根据水力模型试验和原型观测资料,及前人研究成果综合分析,对掺气减蚀设施的选型提出了设计原则和意向性意见。     

二滩水电站1号泄洪洞改造

本文介绍了二滩水电站1号泄洪洞的设计及运行中出现的问题，针对出现的问题，进行了大量的研究，提出了“突坎＋侧收缩”的三维掺气改造方案，并经过实际运行，证明改造方案是成功的。这是该类型三维掺气消能方式首次应用于高水头、大流量城门洞式泄洪洞的反弧末端，具有首创性。二滩水电站在泄洪洞减免蚀方面所做的有益尝试和成功的改造经验对其它高流速、大泄量的泄水建筑物具有很好的借鉴意义。该科研成果具有广泛的推广应用价值，对推动我国水工水力学的发展具有重要和深远的意义。     

"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。通过减压模型试验、理论计算分析、工程运用调研,对涔天河水库“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。     

泄洪洞中闸室出口侧墙掺气体型研究

为消除中闸室出口侧墙上的掺气盲区并且改善水流流态,该文提出了突扩-渐扩侧掺气体型。采用RNG k-ε紊流模型对此掺气体型进行数值模拟,获得了侧墙上水流流态、压力分布以及水翅强度等水力特性。利用物理模型试验对计算结果进行验证,计算结果具有可靠性。结果表明:出闸水流弗劳德数一定时,侧墙突扩宽度和渐扩长度是影响水翅强度的主要因素,突扩宽度越大或渐扩长度越短,水翅强度越大;侧墙压力中心主要是由出闸水流冲击泄洪洞底板造成的;此掺气体型能形成稳定侧空腔并且侧墙上无负压产生,能够有效避免空化空蚀。     

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。     

锦屏一级水电站泄洪洞的掺气减蚀及消能防冲问题

锦屏一级水电站泄洪洞具有“大泄量、特高水头、超高流速”的特点,高速水流空化空蚀问题非常突出。为了解决其掺气减蚀、泄洪消能防冲及出口挑流河道归槽的问题,锦屏一级水电站在泄洪洞的龙落尾、掺气坎、补气洞及出口挑坎等关键部位采用了特定的工程技术。对这些特定工程技术的模型实验结果、原型观测资料及设计规范进行了分析,并结合乌江渡水电站、二滩水电站等工程评价了规范的适用性。分析结果表明锦屏一级泄洪洞的洞顶余幅、龙落尾体型、出口燕尾坎消能工等设计合理,掺气设施的掺气保护满足要求,补气及通气系统效果良好,没有发生空化空蚀现象。同时,在掺气空腔长度、风速、补气量、泄洪雾化等方面的模型缩尺效应明显,需要后续工程在设计阶段予以重视并进行更为深入而细致的研究。     

三峡工程溢流坝掺气减蚀研究

三峡工程最大水头１１３ｍ，溢流坝最高流速达３５ｍ／ｓ，对泄流面平整度要求很高，施工很难作到。为方便施工和溢流面不发生空蚀，研究采用掺气槽。结合国内外已建工程，尤其是乌江渡工程的经验，三峡工程表孔选用组合式掺气槽，其面积取６．８ｍ＾２，槽深１．２ｍ，挑坎高０．８ｍ，通气孔直径１．３ｍ，槽内负压值６６７ｍｍ水柱，通气孔布置在两侧闸墩上。深孔掺气槽参考龙羊峡水电站的突跌形式，弧门下游跌差２．０ｍ，通气孔     

V型掺气坎在龙抬头式泄洪洞中的应用

本文通过试验研究,从掺气坎后空腔区的三维形态考虑,提出了一种新型V型槽式掺气坎(简称V型坎),其主要特点是:坎后射流水舌的流速、挑角和高程沿中心向两侧保持连续变化,其水舌落水点范围即空腔长度成为一连续变化的曲线,且沿曲线水流流速亦呈连续变化,很好地减弱或消除了龙抬头式泄洪洞掺气坎后水流落水处产生的回水.在V型坎出口断面处,水流的三维扩散充分,水舌与空腔的接触面明显增大,对底空腔长度、通气量等掺气特性指标都有明显改善.     

二滩水电站1号泄洪洞4号掺气坎下游底板局部破坏修复设计研究

对二滩水电站1号泄洪洞4号掺气坎下游底板局部破坏段的破坏形式进行分析研究,对其破坏原因作深入的剖析,提出了相应的修复方案。实际应用情况表明,1号泄洪洞4号掺气坎下游破坏区修复后运行良好。     

泄槽底板与侧墙联合掺气保护长度试验

为了研究近壁处水流掺气浓度分布的变化规律,通过模型试验研究了不同底坎坎比和不同侧坎坎比组合下掺气保护长度的变化规律,并通过单因素敏感性分析法分析了掺气保护长度对掺气坎坎比变化的敏感性。结果表明:在其他条件不变时,底掺气保护长度随着流量的增大而增大,同时与底坎坎比成正比;随着侧坎坎比增大,底掺气保护长度略有增大的趋势,但影响不大;侧掺气保护长度也随着流量增大而增大,但与底掺气保护长度的机理不尽相同;随着侧坎坎比的增大,侧掺气保护长度总体趋势增大,但影响程度表现为先大后小;虽然侧掺气保护长度对侧坎坎比的敏感性远大于底掺气长度对底坎坎比的敏感性,但底坎坎比却更为重要;合理的掺气设施组合才能有效地提高掺气保护范围。     

岸边溢洪道掺气减蚀设施设计研究与实践综述

综述岸边式溢洪道设计研究技术，阐述了掺气减蚀原因，探讨了掺气减蚀设施的体型和水力设计原则，研究了水力特性及通气孔的布置，介绍了国内外工程典型实例及水工模型试验研究进展情况，并总结了掺气减蚀技术、原型运行及应用于岸边溢洪道的经济和社会效益。