强迫掺气两相流的谱特征分析

利用掺气坎在水中强迫掺气形成水气两相流，其压力脉动属于平稳，各态历经随机过程。水气两相流对泄槽底部冲击所产生的压力幅值谱基本符合高斯分布，最大脉压幅值在冲击点附近，其后很快衰减，约在（１０～１５）倍坎高范围内降至无坎时的幅值。在频谱中具有较明显的优势频率，模型中其值约为１．２４Ｈｚ。脉动能量主要集中在低频段，其优势频带约在０～１８Ｈｚ，除优势频率外，水气两相流的频域相干性较差，相干系数均在０．５以下，这与单一流体的相干结构大为不同。

低弗氏掺气水流的阻力效应研究

根据某水电站尾水洞模型试验观测到的水流现象与实测资料,分析了低弗氏水流在强迫掺气情况下,掺气浓度大小对水流沿程水面线、断面流速分布及沿程总水头线等水力要素的影响.分析表明:低弗氏水流掺气后存在减阻增速效应;水流掺气后其密度及黏性降低是产生减阻增速效应的主要原因,增加水流的掺气浓度,可相应提高减阻增速效应,减少能量损失.

掺气挑坎通气量试验研究

为避免高速水流对过流面的空蚀影响,国内外高水头泄水建筑物多采用强迫掺气设施,同时必须保证掺气空腔内有足够的通气量。通过模型试验,从水力参数方面研究了掺气挑坎通气量的影响因素。试验结果表明,影响通气量的原因主要分为2方面:一方面为水体本身容纳气体能力,主要由水深决定;另一方面为水流从底空腔中吸纳空气的能力,主要由挑坎流速和底空腔长度决定。分析得出:水深较小时,水体本身所能容纳的通气量对掺气起主导作用;水深较大时,挑流水舌能从空腔中吸纳的通气量对掺气起主导作用。分析试验结果,综合考虑水体自身的容纳空气能力和底部临空面卷气能力2方面原因,提出了掺气挑坎通风量的经验计算公式,可作为泄水建筑物掺气挑坎理论计算的参考公式。

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=0.40m),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。

清渡河水库溢洪道模型试验研究与体型优化

清渡河水库溢洪道受下游地形条件限制,存在消力池池长严重不足的工程问题。台阶式消能工可减小入池水流弗劳德数,消力池内加设T型墩辅助消能工可缩短池内水跃长度,两者均有减小消力池所需池长的作用。初步设计采用泄槽满布台阶式消能工后接消力池的基本方案,物理模型试验表明台阶段单宽流量过大导致掺气严重不足,池长仍不足。优化方案比选采用数值模拟进行计算,即先在台阶段前加设掺气挑坎和通气孔进行强迫掺气,在提高台阶段掺气水平的同时减小入池水流弗劳德数,但池长仍不足;之后在消力池内布置T型墩辅助消能工,采用联合消能方案。对推荐体型进行物理模型试验复核,结果表明台阶消能工+消力池内加设T型墩辅助消能工的联合消能方案,可有效解决消力池池长不足的工程问题。