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    188宝金博页面版: 泄洪洞反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀作用

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    内容提示： 第 !" 卷第 # 期%&’(!" )&(#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 ! 月>0?( !$$"*+,-./01 2. 3/20./0 -.+ 40/5.&’&6!7 &8 9-:0; <01&=;/01基金项目 ： 国家自 然科学基金资助项目 （@$@AB$C$）作者简介： 刘超 （#B"@ —），男，四川南充人，讲师，博士研究生，从事水工结构及高速水力学研究。 DEF-2’： ’2=/5-&6&&+G!#/.( /&F泄洪洞反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀作用刘超#，张光科#，冯凌霄!，王海云#，杨永全#（# ( 四川大学水利水电学院，四川 ...

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    第 !" 卷第 # 期%&’(!" )&(#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 ! 月>0?( !$$"*+,-./01 2. 3/20./0 -.+ 40/5.&’&6!7 &8 9-:0; <01&=;/01基金项目 ： 国家自 然科学基金资助项目 （@$@AB$C$）作者简介： 刘超 （#B"@ —），男，四川南充人，讲师，博士研究生，从事水工结构及高速水力学研究。 DEF-2’： ’2=/5-&6&&+G!#/.( /&F泄洪洞反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀作用刘超#，张光科#，冯凌霄!，王海云#，杨永全#（# ( 四川大学水利水电学院，四川 成都C#$$C@； !( 四川大学工程设计研究院，四川 成都C#$$C@）摘要： 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。关键词： 掺气减蚀； 掺气坎； 反弧段； 边墙； 掺气盲区； 泄洪洞； 模型试验中图分类号： 4%#A# (C#文献标识码： *文章编号：#$$C!"CH" （!$$"）$#!$$HC!$H!""#$% &" ’()%*#+, +#*+%&* -. &/## )#$%-&. &" )(-001+2 %’..#0 &. $+3-%+%-&. +00#3-+%-&. &" 4&1.)%*#+, )-4#1+00 55IJK L5-&#，MN*)O O=-.6EP0#， >D)O I2.6EQ2-&!， 9*)O N-2E7=.#， R*)O R&.6ES=-.#（# ! "#$$%&% #’ ()*%+ ,%-#.+/% )01 231+#4#5%+，67/8.)0 907:%+-7*3， "8%0&1. C#$$C@， "870)； !! ;0-*7*.*% #’<0&70%%+70& =%-7&0， 67/8.)0 907:%+-7*3， "8%0&1. C#$$C@， "870)）67)%*+$%： T-10+ &. -. -.-’7121 &8 /-=101 &8 /-,2:-:2&. +-F-601 :& :50 +&U.1:;0-F -: :50 0.+ &8 &600 10/:2&. 2. :50 1V2’’U-7 :=..0’&8 &V0. /5-..0’， 2: 21 V&2.:0+ &=: :5-: :50 -0;-:2&. F0-1=;0 8&; 12+0U-’’ V;&:0/:2&. .0-;?7 :50 +&U.1:;0-F &8 &600 10/:2&. 15&=’+ ?0V-2+ F=/5 -::0.:2&. 2. -0;-:&; +0126.( I-;60E1/-’0 F&+0’ :01:1 U0;0 V0;8&;F0+ :& 1:=+7 U50:50; :50 /-,2:-:2&. -’’0,2-:2&. &8+&U.1:;0-F 12+0U-’’ 2. &600 10/:2&. /-. ?0 ;0-’2W0+ ?7 0.5-./0F0.: &8 :50 -0;-:2&. /-V-/2:7 &8 =V1:;0-F -0;-:&;( 450 ;01=’:1 15&U:5-: :50 0.5-./0F0.: &8 :50 -0;-:2&. /-V-/2:7 &8 =V1:;0-F -0;-:&; /-. 2FV;&,0 :50 0880/: &8 -0;-:2&. &. +&U.1:;0-F 12+0U-’’ :& -/0;:-2. +06;00 -.+ ;0+=/0 :50 /’0-. U-:0; ;062&. &8 :50 12+0U-’’； ?=: 2: /-..&: 0’2F2.-:0 :50 /’0-. U-:0; ;062&. /&FV’0:0’7(450;08&;0， 2: 21 +2882/=’: :& /&.:;&’ /-,2:-:2&. &8 +&U.1:;0-F 12+0U-’’ :5&;&=65’7 &.’7 ?7 :521 F0-1=;0(8#2 1&*4)： /-,2:-:2&. -’’0,2-:2&. ?7 -0;-:2&.； -0;-:&;； &600 10/:2&.； 12+0U-’’； .&.E-0;-:0+ 8’&U -;0-； 1V2’’U-7 :=..0’；F&+0’ :01:大量工程实例表明， 高水头龙抬头泄洪洞反弧段下游是发生空蚀的常见部位， 如美国的波德坝泄洪洞、黄尾坝泄洪洞， 西班牙圣伊斯坦堡坝泄洪洞，我国的刘家峡泄洪洞、 二滩泄洪洞等。 根据泄洪洞反弧段下游破坏部位划分， 一种是反弧末端下游底板的破坏，一种是反弧末端侧壁的破坏，更常见的是反弧末端底板和侧壁的同时破坏。反弧末端发生空蚀的原因，除了施工定线误差、不平整度等问题外，胡明龙［#］、杨永森等［!］等学者研究表明： 由于反弧段离心力影响动水压强分布，在反弧前半段受逆压梯度影响边界层变厚， 反弧后半段受顺压梯度影响边界层变。诜椿∧┒舜锏阶畋。曳椿《伪呓绮隳诘奈啥潭群芨，流速梯度很大，因而反弧段下切点附近壁面切应力最大， 初生空化数很大，容易出现空化空蚀。笔者进一步研究［A!H］表明， 反弧末端易于空蚀，尤其是反弧末端侧壁容易空蚀的原因， 除了上述原因之外，还主要与目 前龙抬头泄洪洞掺气减蚀设计的思路有关。 掺气能有效地减免空蚀， 在对泄洪洞掺气减蚀设计时应考虑与水流接触的所有壁面， 然而，常规的掺气减蚀设计往往只注重对底板的保护，而忽视了对边壁的掺气保护， 比如在确定掺气坎数量及间距时，一般均主要考虑近底板处水流的掺气浓度，而忽视了近边壁处的掺气浓度。 目前，龙抬头明流泄洪洞常规的掺气方法是设置掺气坎从底部掺气，典型的掺气减蚀设计为［@!"］： 在反弧段上游设一掺气坎 （# 号坎），防止反弧段的空蚀； 在反弧末端设一掺气坎 （! 号坎），保护紧邻反弧段的下游直线段；然后根据掺气坎的保护长度及洞内水面自掺气状况在直线段沿线布设其他掺气设施。 这种设计思路存在如下问题： 在反弧末端设底部进气掺气坎 （! 号坎）后，掺气坎后的出射水流， 其底部受掺气空腔的?CH?水利水电科技进展， !$$"， !" （ #）>%$： $!@!XA"XCAA@<?@)7$： ABG 88. ! %1. ! /08**4： CCDDE ! 88. ! %1. ! /0

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