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。

一种新型掺气设施的模型试验研究

高速明渠流建筑物中常通过设置掺气坎来避免可能发生的空化空蚀破坏,但当明渠的坡度较缓时,掺气空腔容易回水,从而影响掺气效果,对此提出在小底坡明渠有压进口处设置一个楔形体,将水流分成上、下两股进入明渠。通过模型试验研究这种新型掺气设施的空腔形态、掺气特性。试验结果表明,当有压出口处的水流速度达到2.7m/s时,在两股水流之间就能形成一个稳定的掺气空腔,此时对应的水流弗劳德数约为2.0,空腔内并无回水,掺气效果良好;随着出口流速的增加,掺气空腔不断加长,掺气量也不断增加。试验得到了不同流量下掺气空腔形态的变化规律及沿程断面掺气浓度分布规律,并拟合了计算楔形掺气设施空腔长度的经验公式。研究成果可为优化掺气设施设计和工程应用提供参考。