台阶式泄洪排沙隧洞掺气浓度分析

台阶对与泄洪排沙洞的消能具有重要作用,其中水流掺气是台阶水流流动复杂性的重要特征,由于水流的复杂性,目前有很少的数值模拟方法可以模拟出水流的掺气效果。本文采用了五种不同水位条件下模拟三种不同台阶的掺气浓度,分析得泄洪洞的水流流速、初始掺气位置、流态特点。研究结果表明:(1)当水流较深时,空气与水的接触效率变低,导致水流的掺气浓度下降,初始掺气位置随之降低;(2)同一台阶其上部与空气接触面较大,因此台阶上半部分与空气接接触面积增多,并且随着台阶的掺气浓度增大,台阶断面的掺气量随之增高。

大型泄洪洞高速水流的研究进展及风险分析

高水头、大流量泄洪洞内高速水流问题主要问题之一是水流空化引起过流表面空蚀。几个实际工程泄洪洞发生空蚀破坏的实例表明反弧段下游一定范围是容易发生空化空蚀的敏感部位,其主要原因是由于反弧段内的水流流速高,流态复杂,在水流离心力的作用下沿程压力梯度大,水流掺气条件差,缺乏有效的掺气保护。掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施,对水流进行三维掺气的减蚀技术有了较大进展。“龙落尾”式和“龙抬头”式是高水头、大流量泄洪洞的两种常用布置型式,风险分析认为“龙落尾”式泄洪洞布置对地形地质的适应性更好,即使发生事故对大坝的安全威胁小,也更具有抗风险的能力。

水利枢纽溢洪道掺气坎槽体型研究

结合糯扎渡水利枢纽溢洪道掺气减蚀模型试验研究,根据试验资料,利用回归分析,拟合出关系曲线,建立了坎高与水深、流速、溢洪道底坡、挑坎挑角关系的经验公式,并通过已建成的工程实例来验证公式的实用性.该公式对掺气坎槽选型提供了依据,可供设计与模型试验阶段参考.

大型超高速水流泄洪隧洞安全运行的水力控制

依托锦屏一级水电站泄洪隧洞的水力学模型试验,介绍了其安全运行的水力控制因素,包括进口漩涡特性和消涡措施、掺气减蚀以及出口消能等问题。研究成果表明,对于大型超高速泄洪隧洞,在优化设计的基础上,还需控制运行方式,才能达到安全运行的目的。

长河坝水电站泄洪洞掺气减蚀设施设计

长河坝水电站3条泄洪洞水头高、流量大、流速高,泄洪洞空化空蚀问题突出,需设置掺气减蚀设施。结合水工模型试验,分析了泄洪洞空化特性,优化了掺气减蚀设施型式选择。流态及掺气效果分析表明,最终确定的方案能有效地防止或减少气蚀的破坏,掺气效果良好。

掺气减蚀技术及掺气设施研究进展

为优化掺气设施体型并对其水力特性进行研究,在已有理论研究成果与工程实践经验基础上,从水流掺气减蚀机理、掺气水流运动特性及掺气设施体型及布置三方面评述了水流掺气减蚀技术研究进展。针对目前掺气减蚀技术研究中存在的不足,认为今后应进一步加强多泡情况下空化泡-空气泡-边壁微观作用机制,近壁(底板、侧壁)水体掺气浓度、气泡特征的沿程演变规律,复杂条件下掺气设施体型优化等方面的研究。

水流掺气设施布置型式的研究总结与展望

泄水建筑物在高速水流的作用下常发生空蚀破坏,通常工程中采用掺气减蚀措施来达到对水工建筑物保护的目的。为了总结不同的水流掺气布置型式在高水头大流量的泄流建筑物中的可利用性和重要性,以及各自的主要特点及优缺点,综述了不同型式的掺气措施的结构、原理和工程应用;并对在不同的水力条件下掺气设施布置型式的优化选择及掺气设施布置型式的相关研究进行了总结与展望。

米兰河山口导流兼泄洪洞掺气减蚀设施设计

米兰河山口工程泄水建筑物由导流兼泄洪洞、台阶式溢洪道组成,依次布置于左岸河床。导流兼泄洪洞采用有压短管进水口,孔口尺寸为3.5m×3.5m,出口采用底流消能,消力池长70m、宽15m。根据单体水工模型试验成果,采取挑坎与通气槽组合型式的掺气体型,能较好地解决水流空蚀问题。

某溢洪道掺气方案优化研究

高水头、大流量的泄水建筑物中易发生空蚀破坏,结合西北某水电站溢洪道工程实例,通过单体水工模型试验,开展溢洪道掺气减蚀研究。试验结果表明:各洪水频率条件的溢洪道泄槽流速较大,水流空化数小于0.3,需要设置掺气减蚀设施。通过分析3种不同掺气设施的减蚀效果可知,挑坎式掺气能缓解空蚀,但下游伴有不同程度的溅水;凸型坎掺气能形成稳定的空腔,且下游无溅水发生;坎槽式可使泄槽内形成稳定的空腔和流态,且易施工,为最优掺气设施。在最优掺气设施中,掺气坎至鼻坎前端掺气浓度较高(0.9%~63.1%),掺气效果良好,达到了掺气减蚀目的。研究结果可为该工程后续消能防冲研究及类似工程的掺气减蚀研究提供理论指导与技术支撑。

糯扎渡水电站泄洪隧洞防空蚀破坏设计总结

糯扎渡水电站泄洪隧洞具有高水头、大泄量、高流速的特点,最大水头125.6m、最大泄量达3 395m^3/s、最高流速可达41m/s。高流速的泄洪隧洞常因空蚀而遭到破坏,介绍了糯扎渡水电站泄洪隧洞针对空蚀问题对泄洪洞体型、掺气减蚀措施、抗冲蚀混凝土材料、过流面不平整度控制等问题的研究与设计。

掺气减蚀机理的研究进展及讨论

本文对空蚀机理及其影响因素进行了总结,综述了掺气量对空化初生和空蚀的影响,在估算空化泡的溃灭时间、冲击波的传播速度及衰减规律、微射流的直径及其速度、微射流对固壁的冲击压强和持续时间的基础上,分析了掺气减蚀机理的研究进展及一些不足之处,水流掺气会导致初生空化数和空化数都增加,引起水中声速变化,但这些不能合理地解释掺气减蚀的原因。边壁附近的空化泡溃灭时,与周围空气泡的偶合作用,会改变微射流的方向,降低微射流的速度,增加空泡溃灭时间,减小冲击压强,消减传递到固壁的高强冲击荷载而减免空蚀破坏。掺气减蚀的原因是固壁附近空化泡与气泡的相互作用和含气型空化的增加更为合理。