《挑流階梯消能工水力特性研究》是依託河海大學，由吳建華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：挑流階梯消能工水力特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳建華
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
階梯消能工由於結構簡單、消能率高在水利水電工程中有良好的套用。但是，在大單寬流量下，階梯消能工水深加大，摻氣起始點大大下移，不足的摻氣將使其消能率大為下降，更嚴重的是摻氣不足將引起結構嚴重的空蝕破壞。本項申請提出一種挑流階梯消能工，利用挑流空中摻氣和摻氣池摻氣，使階梯消能工上的流動充分摻氣，拓寬階梯消能工在大單寬流量下套用。本項申請的目標是：在高效消能條件下，使階梯消能工安全運行的單寬流量從傳統的60m3/s.m提高到160m3/s.m。本項申請的主要內容和方法為：運用理論分析和模型試驗，1）提出流動摻氣濃度、水流空化數、消能率、脈動壓力和降雨量等與挑流階梯消能工結構參數和水力參數等的理論表達式；2）挑流段（包括摻氣池）水力特性研究，提出為階梯消能工提供充分摻氣的挑流坎和摻氣池結構體型；3）階梯消能工水力特性研究，提出高效消能的結構體型和分級等。本研究對工程建設有良好的理論意義和套用價值。
結題摘要
階梯溢洪道（消能工）由於結構簡單、消能率高在水利水電工程中有廣泛的套用。然而，在大單寬流量下，階梯溢洪道流動水深加大，摻氣起始點大大下移，不足的摻氣使其消能率大為下降，更嚴重的是摻氣不足將引起結構嚴重的空蝕破壞。本項研究提出了一種挑流階梯溢洪道，利用挑流空中摻氣和摻氣池摻氣，使階梯溢洪道的流動充分摻氣，拓寬階梯溢洪道在大單寬流量下套用。項目研究主要內容和重要結果包括：（1）挑流階梯溢洪道基本水力特性研究，結果表明：在原型單寬流量達到118.0 m2/s的大單寬流量下，消能率遠高於傳統的階梯溢洪道，階梯消能段有良好的摻氣濃度，摻氣池和階梯溢洪道段壓力分布合理。在高效消能和有效減免空蝕風險的基礎上，將傳統階梯溢洪道的單寬流量上限提高了近一倍。（2）挑流階梯溢洪道前置摻氣結構的水力特性研究，結果表明：前置摻氣具有全斷面摻氣和摻氣效果隨單寬流量增大而提高的特徵，消除潛在的摻氣盲區。（3）以挑流階梯溢洪道在滑行水流狀態為研究對象，在其水力特性研究的基礎上，提出消能面積的概念，針對水平階梯、尾坎階梯和反坡階梯等階梯結構，給出統一的滑行水流的出流余能估算方法，進一步論證挑流階梯溢洪道在消能方面的優勢。此外，新增內容（4）提出了一種水躍階梯溢洪道，進行其水力特性的研究，在大單寬流量下，可以獲得高效的消能和有效減免空蝕的風險。拓寬了研究範圍，豐富了研究內容。 本項研究全面完成項目的研究內容，並有所超額。成果在國際著名行業期刊（SCI收錄，第一標註）已公開發表論文7篇，中文核心一篇，授權發明專利2項，IAHR組織的國際會議宣講論文4篇；培養碩士研究生一名，博士研究生2名，並有一名博士研究生在IAHR組織的全球甘迺迪學生論文競賽中入選半決賽。 本項研究豐富了階梯溢洪道（消能工）的理論基礎，在高壩泄水建築物的泄洪消能方面有良好的套用前景。
