底部掺气设施对陡槽水力特性影响因素的试验研究

发布时间：2020-11-18 05:09

　　 随着掺气减蚀设施在工程上的大量应用,掺气水流对空蚀破坏现象的防止及减弱效应已得到普遍认可。但是高速水流掺气以后水体的紊动情况将变得更加复杂。水流的掺气量在掺气减蚀中是一个重要的因素,一方面它将直接影响掺气减蚀的效果,另一方面掺气量的多少也会对掺气水流的水力特性产生影响。因此,研究掺气量对掺气水流的水力特性的影响情况就显得尤为重要。本文主要通过水工模型试验和理论分析,对陡槽设置底部掺气坎,采用不同面积的通气孔来研究掺气量的变化对掺气水流的水力特性影响,并与相同条件下无掺气设施的水流自掺气情况进行对比分析,重点讨论了掺气量对水流脉动压力特性的影响。得出主要结论如下:设置底部掺气设施会造成掺气坎后水面线隆起,隆起高度与掺气坎的体型尺寸、陡槽坡度和来流条件密切相关,对一定的来流及边界条件应合理选择掺气坎的体型尺寸。试验表明设置掺气坎后相同流量时,不同进气量强迫掺气水流在掺气水舌落点后下游段水流流速与自然掺气条件下水流流速相差不大。但坎后冲击点处时均压强比自然掺气条件下增大约1倍,脉动压强的变异系数较自然掺气条件下高若干倍,所以设置掺气坎后对泄槽底板冲击问题应该引起重视。强迫掺气后的水体脉动压强的功率在频域分布上更为均衡,不会出现明显的优势频率,只在15 Hz~45 Hz内形成能量比较集中的峰群。同条件下,增大流量并不会造成水流水力特性沿程变化规律发生明显的改变,但是随着流量增大相同位置对应的各水力要素值也随之增大。强迫掺气水流低频率的涡体紊动组成了泄槽脉动压强能量的大部分。沿程分布上冲击区域的脉动压强幅值及功率都是最大的,该区域脉动压强概率密度分布呈现正偏特性,整个区域脉动压强概率分布为高峰态。与侧墙相比底板脉动压强幅值要大,底板脉动压强在频域上的分布更为平均。总体来说,掺气坎后冲击区水流脉动强度最大,底板受到的水体紊动作用最强,脉动压强值时域及频域上的分布更均衡。增大通气孔面积可以提高水体掺气量,掺气量增大使水体膨胀,水面线升高。但水体掺气量增加不会对流速及时均压强造成明显的影响。脉动压强幅值及变化幅度在冲击区表现出随掺气量增大而增大的趋势,但是掺气量增大不会对脉动压强的概率密度分布造成影响,掺气量越大对应脉动压强频域分布越为平均。本文的结果为掺气水流的水力特性研究作了很好的补充,对进一步探究掺气量对掺气水流水力特征的影响提供了有益的参考价值。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV135.2
【部分图文】：

士学位论文掺气设施一般考虑在泄水建筑物的底板或者侧墙位置进有：气槽是最早采用的一种掺气设施，如图 2-1 所示。其布置方式设置一个矩形槽。由于水流经过空腔时具有较高的速度会对水流流态造成大的扰动，容易形成稳定的空腔，掺气掺气槽通常不宜设置过大，否则会形成空腔积水导致失量较小，掺气保护长度不长。掺气槽较适用于坡降较大的

图 2-1 掺气水槽掺气挑坎坎是工程应用最为广泛的掺气设施之一，如图 2-2 所示。江渡滑雪道及溢洪道、石头河泄洪洞上段均设置了掺气数由坎高 Δ 和挑角 θ 确定。其掺气原理是通过改变水流脱离壁面，形成稳定的空腔，达到掺气的作用。掺气坎由设施大，水体掺气量也显著增大，掺气保护长度也比较长要结合掺气槽为其进行供气，另外，由于水流的挑射会增响较大，而且如果是泄洪隧洞很可能造成洞顶余幅不足，跌落对底板也形成冲击。当泄水建筑物坡度较小时，很容，而使掺气失效。故掺气挑坎一般适用于坡度较大的明渠泄

图 2-3 掺气跌坎扩突跌的不同于前三类掺气设施，其掺气型式不止从底板形也形成空腔。突扩突跌一般可以形成全断面的掺气，掺掺气减蚀的效果。但是，突扩突跌下游会出现水翅，翅也会对泄水建筑物的过流能力提出更高要求。突扩突扩突跌一般设置于溢洪洞、泄水孔、输水洞等隧洞他形式类掺气设施还有众多类型的掺气设施，如掺气挑坎跌、掺气跌坎与槽组合、分流墩和各种异型坎等。不同同，适用于各种不同的特定条件。所以，针对不同的可以达到合理避免空蚀破坏的要求。蚀设施的水力参数
【参考文献】

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1 刘超;李龙国;李乃稳;庄文化;刘慧芬;;突扩突跌掺气坎底空腔长度计算[J];四川大学学报(工程科学版);2015年04期

2 魏柳;杨庆;戴光清;杜震宇;钟建;;掺气挑坎通气量试验研究[J];四川大学学报(工程科学版);2015年S1期

3 高学平;贾来飞;宋慧芳;崔光虎;;溢洪道掺气坎槽后掺气水流三维数值模拟研究[J];水力发电学报;2014年02期

4 耿冰冰;;泄水建筑物破坏及防治措施[J];黑龙江科学;2014年04期

5 戴晓兵;李延农;;分散通气式掺气设施[J];水力发电;2013年11期

6 宋昉;吴建华;;门槽空化的特性分析及影响因素探讨[J];水电站机电技术;2012年06期

7 刘涛;王江安;宗思光;梁善永;张显峰;;含气量对激光空泡在刚性壁面空蚀的影响[J];强激光与粒子束;2012年11期

8 舒蕴璟;徐一民;张继肖;王尧;;泄槽反弧段通气孔面积对空腔长度影响的试验研究[J];工程建设;2012年05期

9 沈春颖;徐一民;张涛;储威威;;低弗劳德数下挑坎体型对掺气的影响试验[J];水利水电科技进展;2012年02期

10 ;Hydraulic characteristics of converse curvature section and aerator in high-head and large discharge spillway tunnel[J];Science China(Technological Sciences);2011年S1期

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5 张婷;齿墩状内消能工的消能及压力特性初探[D];太原理工大学;2013年

6 覃昕慧;溢洪道掺气水流的三维数值模拟[D];西安理工大学;2010年

7 于野;溢洪道掺气设施体型的优化研究[D];大连理工大学;2009年

8 薛瑞;泄洪洞反弧段流场气泡运动特性的图像测量与分析[D];西安理工大学;2008年

9 冯永祥;二滩水电站泄洪洞侧墙掺气减蚀研究[D];天津大学;2008年

10 骈迎春;台阶式溢洪道强迫掺气水流水力特性的试验研究[D];西安理工大学;2007年

本文编号：2888354