王海云[1]2004年在《高水头龙抬头泄洪洞掺气减蚀试验研究及数值模拟》文中研究表明工程实际中常将导流洞改建为泄洪洞,洞首多采用龙抬头段与原导流洞相连结。龙抬头泄洪洞泄洪时通常形成的是明流流态,其突出的特点是:流速高、单宽流量大、低数和小底坡,反弧末端掺气坎后射流的重力影响十分显着,掺气坎后底空腔区流线弯曲严重,掺气空腔内容易产生积水等。国内外学者对高水头泄洪洞掺气设施的体型优化,进行了较多的试验与理论研究;然而,多数文献在提高掺气设施的掺气性能方面,仅考虑了沿顺水流方向的二维变化,所提出的掺气设施存在体型复杂、不容易施工或施工难度大等问题,掺气坎后水流存在垂直于水流方向的横向流动,进而影响了掺气效果。本文首先通过试验研究,从掺气坎后空腔区的叁维形态考虑,提出了一种新型V型槽式掺气坎(简称V型坎);其主要特点是:掺气坎后射流水舌沿垂直于水流方向的重力分布发生变化,即掺气坎后射流水舌的流速、挑角和高程,沿中心向两侧保持连续变化,其水舌落水点的范围即空腔长度,成为一连续变化的曲线,而且沿曲线处水流的流速也是连续变化的,从而减弱或消除了水流落水处由碰撞形成回水。在V型坎出口断面处,水流的叁维扩散更充分,水舌与空腔的接触面明显增大,有利于增加水流的掺气量,同时在落水点处受水流的强烈紊动,进一步提高了掺气效果,对底空腔长度、通气量等掺气特性指标都有明显的改善。通过对试验结果的比较和分析研究,在前人研究基础上,建立了预测V型坎掺气特性的数学模型,提出了有关底空腔长度、空腔负压、通气量的理论预测公式。
刘超[2]2006年在《龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀研究》文中研究指明龙抬头式泄洪洞在中、高水头的水利水电工程中应用十分普遍，其突出的水力学问题是反弧段的空蚀破坏，反弧段空蚀破坏的部位常见于反弧末端、反弧段下游底板和反弧段下游侧墙。为了减免泄洪洞的空蚀破坏，一般采用底部进气的掺气设施。我国大型龙抬头泄洪洞运行表明，采用常规的底部进气的掺气设施后，反弧段下游侧墙仍可能出现空蚀破坏，这提出了两个值得研究的重要问题：采用常规掺气减蚀设施后，大型龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙为什么仍会出现空蚀破坏，采取何种措施才能有效地减免反弧段下游侧墙的空蚀破坏。大型龙抬头泄洪洞反弧段下游一般均具有流速高、单宽流量大、佛氏数低、底坡小的特征，使其掺气减蚀设施体型设计有较大困难，反弧末端的掺气设施，由于水流受反弧段离心力的影响，其体型设计的难度更大，如何优化小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气设施体型，这也是值得研究的问题。 本文在总结前人研究成果的基础上，采用大比尺的模型试验，结合紊流数值模拟，分析了采用常规掺气减蚀设施后，大型龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙仍可能出现空蚀破坏的原因；首次提出了解决泄洪侧墙空蚀破坏的侧墙掺气方案；从叁维角度提出了小低坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一些建议。主要研究内容和成果如下： (1)试验研究表明，采用常规的掺气设施后，反弧段下游边墙仍容易空蚀破坏的原因主要在于：反弧末端采用常规的底部掺气设施后，掺气坎后的出射水流，其底部受掺气空腔的影响，压强接近于空腔负压，其顶部与洞顶余幅中的气流相接，其压强接近大气压强，空腔段边壁处动水压强小，水流空化数很
薛芝龙[3]2006年在《小湾泄洪洞的掺气减蚀研究》文中研究表明长期以来,空化现象被认为是一不易被人解决的问题。空化与空蚀的研究,无论从国际或国内动态来分析,近年来均呈现备受重视和日益深入的趋势。不仅国际国内学术交流频繁,更重要的是工程问题较多,研究内容随之不断扩展,涉及领域拓宽,业已成为众多行业共同关注的问题之一。国内外的研究情况表明,对空化和空蚀机理及其影响因素的认识和研究已取得很大进展。应该指出的是,由于空化和空蚀是微观、瞬时、随机、多相的复杂现象,到目前为止,有关空化和空蚀的理论及不少研究成果还不能令人满意,许多问题还有待进一步深入研究和探索。工程经验表明,掺气减蚀是防止泄洪洞空蚀的重要措施,根据国内科研机构几座在建或已建大型泄洪洞的试验研究发现,合理掺气设施的设置可以达到比较理想的掺气效果。目前,大多在建、拟建或已建的大型泄洪建筑物中,几乎都设置了掺气减蚀设施,但基本上都是掺气设施的工程实践在先,而相应的掺气减蚀机理研究和模型试验则相对滞后。故目前有关掺气设施的各项水力指标的设计和计算多依赖于经验关系和定性的研究,理论方面的研究比较少。本文针对泄洪洞的空化空蚀及掺气减蚀问题,在前人工作的基础上,结合小湾水电站左岸泄洪洞工程实例,对高水头大泄量泄洪洞的空化空蚀问题及掺气减蚀进行了研究,通过模型试验,提出了掺气坎下局部变底坡的掺气设施布置形式,有效消减了回溯水流的强度,避免了掺气坎下积水,形成了完整的底掺气空腔。对于明流直线段而言,这种局部变底坡掺气坎的一个突出优点是无需在掺气坎上增设小挑坎与“U”型或“V”槽等,可以方便工程的施工,保证施工质量,最大限度减少空化空蚀,提高了泄洪洞的安全度。
冯永祥[4]2008年在《二滩水电站泄洪洞侧墙掺气减蚀研究》文中研究指明二滩水电站是中国在二十世纪建成的最大水电站,电站设有2条龙抬头式泄洪洞,单洞最大泄洪流量为3800m3/s,设计最大流速为45m/s。龙抬头式泄洪洞在水利水电工程中应用十分普遍,大型龙抬头泄洪洞反弧段下游一般均具有流速高、单宽流量大、佛氏数低、底坡小的特点,为了减免泄洪洞的空蚀破坏,一般采用底部进气的掺气设施。通过设置掺气设施,大多数龙抬头泄洪洞都较好地防止了空蚀破坏。然而,二滩1号泄洪洞在采用常规的掺气设施后,虽然有效地减免了反弧段本身及反弧段下游底板的空蚀破坏,但反弧段下游侧墙仍出现了空蚀破坏,严重影响工程的安全运行。通过大比尺的模型试验,研究了多种掺气减蚀方法,提出了解决高流速、大流量泄洪洞侧墙掺气减蚀方案。2005年,采用反弧末端上游侧墙突缩(侧墙贴角)加凸型跌坎的叁维掺气坎方案,对二滩1号泄洪洞2号掺气坎体型进行了改造。随后的水力学原型观测表明,2号掺气坎区域水流掺气浓度增加,底板和侧墙脉动压力和空化噪声测值平稳,且在合理范围之内。通过连续2个汛期的运行试验和现场检查,改造后的2号掺气坎体型结构完好,下游未发现明显的空化气蚀现象,成功地解决了侧墙空蚀问题。本文在总结前人研究成果的基础上,结合大比尺的水力学模型试验成果,分析了采用常规掺气减蚀设施后,大型龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙仍可能出现空蚀破坏的原因;针对已运行工程的特点,介绍了几种可能的解决泄洪侧墙空蚀破坏的掺气减蚀方案;对比分析了二滩泄洪洞原设计体型和改造体型的模型试验及原型观测情况,介绍了研究成果在二滩工程中的应用情况。
李京蔚[5]2016年在《不同跌坎体型对掺气减蚀的影响研究》文中指出国内高山峡谷地区分布众多,其特殊的地形地貌,决定了水利水电工程枢纽布置的独特性。由于输、泄水建筑物上下游落差大,出口水流所具有的流速也大,致使压能降低,甚至出现负压,易于引起建筑物空蚀破坏。空蚀不仅仅破坏泄水建筑物出口的过流表面,严重时会导致主体工程破坏等。已有研究表明:利用人工掺气向水流低压区通气是防止空穴产生的有效办法。论文针对泄洪洞出闸水流的可能的空化空蚀现象,通过物理模型试验研究,测试0×0mm、4×4mm、8×8mm、12×12mm、16×16mm等不同跌坎断面尺寸条件下的压力及流速分布。成果表明,随着跌坎尺寸由0×0mm逐渐加大至12×12mm时,测点空穴数逐渐增大;跌坎尺寸继续加大到16×16mm时,压力和流速的变化则不再明显,空穴数的变化也趋于稳定,掺气量渐趋饱和。因此,得出模型试验条件下,跌坎断面尺寸12×12mm或16×16mm时,掺气减蚀效果明显。论文对出闸水流进行数值模拟,分别计算了模型尺寸跌坎为0×0mm、12×12mm、16×16mm叁种不同跌坎断面尺寸条件下的压力及流速分布。根据数值模拟的成果,在跌坎尺寸为0×0mm时,在折坡段负压最为明显,而在跌坎尺寸为12×12mm、16×16mm时,在叁个断面处负压得到了明显的回升,流速也有降低,但跌坎尺寸为12×12mm、16×16mm时,压力与流速并无明显的变化。数值模拟的计算结果与物理模型试验研究成果能够吻合。在此基础上,将成果用于某水库泄洪洞工程,得出跌坎体型尺寸为400×400mm~500×500mm时,可有效减轻闸后水流的空穴数,减轻空蚀破坏发生的可能性。
王海云, 戴光清, 杨永全, 刘超, 杨庆[6]2006年在《高水头泄水建筑物掺气坎体型研究》文中研究指明对具有高水头、大单宽流量的泄洪建筑物,工程中通常采用强迫掺气减蚀措施防止壁面发生空蚀破坏。本文主要通过物理模型试验研究方法,对高水头龙抬头明流泄洪洞反弧段下游底板和侧墙掺气减蚀进行了研究,提出了一种底部突跌凸型坎和侧墙加贴角联合掺气的新型掺气坎,解决了洞顶余幅、底空腔内回水和突缩引起掺气坎后形成水翅之间的问题。采用这种新型的掺气坎体型后,底空腔内没有回水,同时消除了反弧段后侧墙出现的清水区;侧空腔畅通并直接和底空腔相连,对侧墙和底板都起到了很好的保护。该体型对类似工程的设计及修复具有一定参考价值。
董永霞[7]2017年在《高水头明流泄洪洞进口闸墩体型优化及掺气减蚀措施研究》文中提出随着高坝工程的不断涌现,泄水建筑物的运行水头也在不断提高。针对高水头深孔明流泄洪洞,在进口段加设中墩,可以克服工作闸门在设计、锻造和运行方面的限制,但也会带来中墩尾部危害性水翅冲击洞顶和边墙;随着泄洪洞运行水头的不断提高,最大泄水流速超过25.00m/s,易遭受空蚀破坏,实践证明,掺气减蚀技术是解决空蚀破坏最有效的方法。本论文主要研究的内容包括两个方面:中墩结构体型的优化和掺气减蚀措施的研究,其研究成果如下:(1)依据模型试验观察,传统直立式中墩在上游各级库水位下,洞身流态较差,均在尾墩合并处引起强烈的危害性水翅,而且水翅并不断地冲击洞顶和边墙,给泄洪洞的安全运行带来威胁。(2)借鉴叁板溪泄洪洞中墩体型的设计思想,提出能量分配型中墩,使中墩左右两股水流从上至下沿中墩外壁逐渐汇合,分散水流汇合后引起的冲击力,经模型试验验证,能量分配型中墩能较好的减弱中墩引起的危害性水翅,改善泄洪洞水流流态。(3)结合河口村1#泄洪洞的实际工作水头和经常局部开启进行凑泄的运用要求,根据已建工程经验,布设偏心铰弧门突扩突跌通气设施。依据经验公式估算相关水力指标参数,并结合模型试验观察分析,该突扩突跌通气设施体型设计合理,掺气充分,能达到掺气减蚀的目的。(4)通过模型试验观察和分析,在工作闸门后两侧边墙增设导水板,解决在上游各级库水位下,偶尔会出现不同程度水翅冲击闸门铰现象,改善洞身水流流态。
刘国良[8]2007年在《天生桥一级水电站溢洪道掺气减蚀研究》文中研究指明长期以来,空化现象被认为是一不易被解决的问题。空化与空蚀的研究,无论从国际或国内动态来分析,近年来均呈现备受重视和日益深入的趋势。不仅国际国内学术交流频繁,更重要的是工程问题较多,研究内容随之不断扩展,涉及领域拓宽,业已成为众多行业共同关注的问题之一。国内外的研究情况表明,对空化和空蚀机理及其影响因素的认识和研究已取得很大进展。应该指出的是,由于空化和空蚀是微观、瞬时、随机、多相的复杂现象,到目前为止,有关空化和空蚀的理论及不少研究成果还不能令人满意,许多问题还有待进一步深入研究和探索。工程经验表明,掺气减蚀是防止溢洪道空蚀的重要措施,根据国内科研机构几座在建或已建大型工程的试验研究发现,合理掺气设施的设置可以达到比较理想的掺气效果。目前,大多在建、拟建或已建的大型泄洪建筑物中,几乎都设置了掺气减蚀设施,但基本上都是掺气设施的工程实践在先,而相应的掺气减蚀机理研究和模型试验则相对滞后。故目前有关掺气设施的各项水力指标的设计和计算多依赖于经验关系和定性的研究,理论方面的研究比较少。本文针对溢洪道的空化空蚀及掺气减蚀问题,在前人工作的基础上,结合天生桥一级水电站溢洪道工程实例,对高水头大泄量溢洪道的空化空蚀问题及掺气减蚀进行了研究,通过模型试验,提出了合适的掺气槽体型,可以方便工程的施工,保证施工质量,最大限度减少空化空蚀,提高了溢洪道泄槽的安全度。
李广来[9]2009年在《苗家坝水电站左岸溢洪道水力模型试验研究》文中研究指明我国有大批已建、正建、待建的大型水利水电工程,高速水流问题突出。为了充分发挥泄水道的作用,兼顾经济指标,常需将导流洞改为溢洪洞,而采用龙抬头形式。在高水头泄水建筑物中,高速水流问题就成为泄水建筑物中的一个重要问题。本文针对苗家坝水电站左岸溢洪道水力模型试验,通过减压和常压试验对溢洪道空化空蚀和掺气减蚀等水力学问题进行研究。通过左岸溢洪道常压水工模型试验,主要论证左岸溢洪道在不同特征水位、不同闸门开度下的流态,沿程压力分布及流速分布;通过减压模型试验,论述水流的空化数特性及空蚀的可能性;论证溢洪道掺气设施的数量、位置选择及体型优化,提出改进掺气措施;分析不同运行工况时,掺气设施的掺气特性。试验结果表明,修改后的掺气设施体型的掺气效果良好,可以满足工程运行的需要,为解决左岸溢洪道高速水流问题提供依据。水工模型试验取得的主要研究成果归纳如下:(1)拟定试验方案陡坡上的渐变段偏短,造成冲击波较强烈,影响溢洪道水流流态。经修改加长该渐变段后,流态明显改善,水流飞溅现象大为改观。门槽及溢洪道内压力正常,满足工程要求。(2)高0.16mm(模拟原型高度为7.2mm)垂直升坎凸体减压试验表明,各个部位均无发生稳定的空化云,因此,本溢洪道的空化空蚀问题并不突出。反弧末端及其下游是容易发生空蚀的部位;反弧末端下游发生空化的可能性沿程逐渐降低,越往下游越不容易空化。(3)拟定试验方案中,两道掺气坎均能形成稳定空腔,掺气效果较好,但1#掺气坎通气孔面积偏大;2#掺气坎溅水比较严重,其掺气坎体型有必要进一步优化。经优化修改后,1#掺气坎通风量比自然通风减少15%的通气量,并改用洞顶供气的方法。对2#掺气坎来说,溅水比拟定试验方案显着降低。(4)施工不平整度是高水头泄水建筑物普遍涉及到的问题,本溢洪道是一典型泄水道,结合本试验对施工不平整度问题进行探讨,不同部位的水流空化数和凸体初生空化数也各自不同,水流空化数和初生空化数都与溢洪道位置关系密切,并且σ/σ_i指标能够较好的反映溢洪道的空化特性。
胡永亭[10]2009年在《基于图像测量方法的泄洪洞反弧段掺气水流流场的研究》文中研究说明水气两相流动是一种最复杂的两相流动,因为它具有可变形的界面和一个可压缩的气相,目前对这类流动的研究非常多,但由于其难度大和受实验手段的限制,一直发展不快。近年来,数字图像测量技术因其具有高灵敏度、高分辨率、非接触性等优点,已成为测量领域中一个新的研究热点。本文结合雅砻江高水头泄洪洞的掺气水流问题,利用图像测量方法对掺气水流流场进行研究。主要研究内容和成果有：(1)应用数字图像处理技术对实际拍摄的水气两相流图像进行处理,将气泡提取出来。采用标签法对气泡进行标记,通过计算获取流场中不同时刻气泡的个数、大小及形心坐标等参数。(2)本文在VC／C++环境下,对四种PTV算法编程实现了粒子的配对,这四种算法分别为PCSS算法、基于粒子群体运动特征的PTV算法、基于粒径配对度和形变配对度的PTV算法和4-FRAME法。本文研究了各算法中参数设定对计算精度,计算速度等的影响,并比较了四种PTV算法的匹配率、误匹配率及运算时间,分析了四种算法的特点及适用性。(3)本文结合基于粒子群体运动特征的PTV算法、4-FRAME法,及基于粒径配对度的PTV算法,提出了一种新的PTV跟踪算法,试验结果表明,该算法能处理气泡的合并、破裂等特殊情况,从而能更精确地对气泡进行跟踪。(4)本文采用图象测量方法对高水头泄洪洞反弧段流场进行了测量。通过计算,获得了水相及气相的切向速度和径向速度沿断面的变化规律；获得了近壁区域气泡的沿程衰减规律。计算结果表明,直径较大的气泡上浮速度比直径较小的气泡上浮速度快,且滞后速度大,说明大气泡更不容易运动到反弧末端,因此,反弧末端的底板和侧墙主要依靠直径较小的气泡保护。文章给出了不同位置气泡的粒径分布规律及泄洪洞内各断面气泡大小与滑移速度关系曲线,这有助于从微观上深入理解掺气减蚀的机理以及认识掺气减蚀的保护作用。
参考文献：
[1]. 高水头龙抬头泄洪洞掺气减蚀试验研究及数值模拟[D]. 王海云. 四川大学. 2004
[2]. 龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀研究[D]. 刘超. 四川大学. 2006
[3]. 小湾泄洪洞的掺气减蚀研究[D]. 薛芝龙. 天津大学. 2006
[4]. 二滩水电站泄洪洞侧墙掺气减蚀研究[D]. 冯永祥. 天津大学. 2008
[5]. 不同跌坎体型对掺气减蚀的影响研究[D]. 李京蔚. 云南农业大学. 2016
[6]. 高水头泄水建筑物掺气坎体型研究[J]. 王海云, 戴光清, 杨永全, 刘超, 杨庆. 水动力学研究与进展(A辑). 2006
[7]. 高水头明流泄洪洞进口闸墩体型优化及掺气减蚀措施研究[D]. 董永霞. 郑州大学. 2017
[8]. 天生桥一级水电站溢洪道掺气减蚀研究[D]. 刘国良. 天津大学. 2007
[9]. 苗家坝水电站左岸溢洪道水力模型试验研究[D]. 李广来. 西北农林科技大学. 2009
[10]. 基于图像测量方法的泄洪洞反弧段掺气水流流场的研究[D]. 胡永亭. 西安理工大学. 2009