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    188宝金博页面版: 高水头泄水建筑物掺气设施研究综述

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    内容提示： 第 24 卷第 4 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 8 月 高水头泄水建筑物掺气设施研究综述 王海云 ， 戴 光清 ， 张建 民， 杨 庆 ， 吴健 强 ， 苏华英 ( 四J II大学高速水力学国家重点实验室 ， 四JII 成都610065) 摘要 ： 根 据 国 内外 大量 的工程 实例 ， 在前人研 究的基础上 ， 总结 了高水头、 高流速 下泄水建筑物掺 气 设施 的几个主要 水力特性 ， 包括掺 气坎体型尺 寸、 空腔长度 、 空腔 负压、 掺 气井通风 量与掺气保护 长 度等 ， 同时对具有 高水 头、 高流速 、 小底坡 、 低 弗劳德数等特 点的泄水建筑物掺 气设施 体型研 究成果 进行 了综述 ， 指 出 ...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：190 | 上传日期：2013-10-13 15:49:04 | 文档星级：
    第 24 卷第 4 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2004 年 8 月 高水头泄水建筑物掺气设施研究综述 王海云 ， 戴 光清 ， 张建 民， 杨 庆 ， 吴健 强 ， 苏华英 ( 四J II大学高速水力学国家重点实验室 ， 四JII 成都610065) 摘要 ： 根 据 国 内外 大量 的工程 实例 ， 在前人研 究的基础上 ， 总结 了高水头、 高流速 下泄水建筑物掺 气 设施 的几个主要 水力特性 ， 包括掺 气坎体型尺 寸、 空腔长度 、 空腔 负压、 掺 气井通风 量与掺气保护 长 度等 ， 同时对具有 高水 头、 高流速 、 小底坡 、 低 弗劳德数等特 点的泄水建筑物掺 气设施 体型研 究成果 进行 了综述 ， 指 出 目前掺 气减蚀理论研 究落后 于工程 实践 ， 有待进 一步的深入研 究 ． 关键词 ： 高水 头泄水建筑物 ； 掺 气减蚀 ； 掺 气设施 ； 水 力特性 中图分类号 ： TV135． 2 9 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1006— 7647(2004)04— 0046-03 早在 1937 年 ， 人们就 已经认识 到 水流掺气 可 以 减轻对过流表面的空蚀破坏， 但把这一认识付诸于 工程实 践 则 始 于 1960 年 ， 美 国 的 大 古 力 坝 ( Grand Coulee Dam) 泄 水孔 锥形 管 出 口下 游 正 式设 置 掺 气 槽 ， 掺气减蚀被证 明是解 决空 蚀破 坏 的最有 效 的途 径 ； 国内第一个采 用掺气 减蚀 设施 技 术 的是 冯 家 山 水库的泄洪洞 ． Peterkaa)等 的实 验表 明 ， 当水 中的掺 气浓度为 1％ ～2％时 ， 能大大 减轻 固体边 壁 的空蚀 破坏 ， 当掺气 浓 度 为 5％ ～7％时 ， 空蚀 破 坏 完 全消 失 ； 还有一些研究 表明? ， 当水 中近壁处 的掺气浓度 为 1． 2％ ～2． 5％时 ， 混凝土 的空蚀破坏 显著减少 ， 为 7％ ～8％时 ， 空蚀破坏基本消失 ． 随着坝工技 术 的提 高和水 电建设事业 的发展 ， 我 国高坝建设 发展迅速 ， 坝高不仅突破 了 200 m， 而且 已进人 300 m 量 级 ， 高 水头 、 大流量泄水建筑物不断增多 ， 与之相关联 的脉 动 、 振 动 、 空化 、 空 蚀 、 冲 刷 、 雾化 等一 系列 高 速水 力 学问题 日益突 出L2 J ． 目前 掺气减蚀 已在溢 洪道 、 泄 洪 洞、 陡槽 、 闸下出流 、 竖井等高水头大单宽流量的泄水 建筑物中得到广泛 的应 用 ， 并取得 了很大 成功 ． 虽然 使用掺气减蚀技术已有了一定的工程经验 ， 但因掺气 减蚀技术涉及水流与掺气两方面 ， 属于两相流研究领 域 ， 因此对掺气减蚀 的机 理 、 掺气 减蚀措 施和通气 量 的预测等问题还不是十分清楚 ， 有待进一步研究 ． 1掺气设施设计及水力特性 1． 1掺气减蚀设 施的型 式 使水流形 成负压 ， 过流 面底 部掺 气设施 的基本 型式有掺气挑坎 、 掺气跌坎和掺气槽 ； 组合式有挑坎 和槽组合式 、 挑坎和跌坎组 合式 、 跌 坎和槽 组合式 以 及挑坎 、 槽和跌坎组合 式 ． 1． 2掺气坎 ( 槽 )体 型 、 尺寸 设置掺气坎 ( 槽 ) 后 ， 要 求在 各种运 行 条件 下 过 坎水 流下 面都能保持稳定 的空 腔 ， 否则 ， 掺气坎 ( 槽 ) 将转化 为人工突体 ， 有 可能产生分离型空穴 ， 导致 人 为 的破坏 ． 为 了在水 流中形成稳定 的掺气 空腔 ， 文献 [ 3] 建议 掺气挑坎 的下 限坎 高 △ l 须满足 以下要 求 ： A 1 一R23 ． 5 ，． 、 ≥ ， 式 中 ： 为坎 上水流水力半径 ； X 为参数 ， ： —cosa cos口 ( 2) 、 ／ 其 中 ： 。为坎上水 流速 度 ； a 为槽 底坡 角 ； 0 为 挑 坎 挑 角 ． 对于组合方式， 文献[4]建议挑坎高度 △ l 和跌 坎 高度 △ ： 须满足 ： △ l = △ 2 = 7． 5h。 CO S'~ t／ ( 3) 式 中 ： Fr 为弗 劳德 数 ， Fr = 1 3 0，其 中 0， h0 分 别 ~／gho 为挑坎前 的来流流速 和水深 ． 已有 的工程实例 和模 型试验表 明 ， △ l 的变化 范 围在 5． 1～85 cm之 间 ， 一 般而 言单 宽流量 大 时挑 坎 较 高 ， 单宽 流量小时挑坎较 小 ； 挑坎 的坎坡 在 1-5 ～ 1： 15 之 间 ， 溢流坝 面大 多采 用 1： 5 ～1： 6， 泄洪 洞 大 基 金项 目： 国家 自然科 学基金 资助 项 目(50209010) 作者简介： 王海云( 1978一) ， 男 ， 山西石楼人， 硕士研究生， 主要从事工程水力学研究 ， ① Peterka A J ． The ef f ect of entrained air on cavitat i on pitting． Joint Meeting Paper， IAHR／ ASCE ，Minneapolis， USA ， 1953 ·4 6· 维普资讯 http://www.cqvip.com

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