泄水建築側牆與底板聯合摻氣減蝕水力特性研究

《泄水建築側牆與底板聯合摻氣減蝕水力特性研究》是依託昆明理工大學，由徐一民擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：泄水建築側牆與底板聯合摻氣減蝕水力特性研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：徐一民
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

防止泄水建築物的空蝕破壞是高壩建設中的關鍵問題之一。摻氣減蝕被大量工程實踐證明是有效而經濟的防空蝕破壞技術。在特殊的水力及邊界條件下，不僅流道的底板而且邊牆也會遭空蝕破壞。為避免泄水建築物全過水斷面受到空蝕破壞，必需採用側牆和底板聯合摻氣減蝕措施。但是，目前缺乏這方面的系統而有效的研究。本項目擬通過試驗、理論分析並結合紊流數值模擬的方法開展側牆與底板聯合摻氣減蝕的水力特性研究，揭示側摻氣機理與底摻氣的差異，研究側摻氣和底摻氣設施聯合作用時二者的相互影響及作用的基本規律、研究泄水建築物側牆和底部聯合摻氣的綜合水力特性，獲得三維或全斷面良好的摻氣水力特性，提高全斷面摻氣設施的有效性並探討聯合摻氣設施的有效保護範圍。研究成果對解決三維摻氣減蝕技術難題及更好的套用該技術具有促進意義。研究項目具有較為重要的理論意義及套用價值。已初步具備的研究工作基礎及條件可保證該研究項目的順利實施。

結題摘要

水利工程中泄水建築物在下泄高速水流時常會遭受空蝕破壞。摻氣減蝕已被理論和大量的工程實踐證明是一種相對簡單、經濟和行之有效的減蝕措施。在特殊的水流及邊界條件下，不僅流道的底板，而且其邊牆也會受到空蝕破壞。採用側牆和底板聯合摻氣設施是避免泄水建築物全過水斷面遭受空蝕破壞的一種重要途徑。由於底、側摻氣設施會相互影響，使得底側聯合摻氣設施的摻氣水流特性比單獨的底摻氣或側摻氣水流特性更為複雜。本項目研究主要採用理論分析、模型試驗和數值模擬相結合的方法，對有壓洞出口突擴突跌摻氣設施和陡槽底、側聯合摻氣坎的摻氣水流特性進行研究。主要研究了突擴突跌摻氣設施水流流態、臨界工作水頭及影響因素、底側空腔長度及相互影響關係、過流底板和側牆的脈動壓力特性，水流摻氣濃度分布規律以及底板和側牆摻氣保護長度。對明流陡槽，主要研究了自摻氣水流特性、單獨側摻氣坎和底摻氣坎摻氣水流特性、底側聯合摻氣坎摻氣水流特性，包括底、側摻氣空腔及影響因素、陡槽底板、側牆壁面的時均壓力和脈動壓力特性。得出突擴突跌摻氣設施後形成良好摻氣水流流態的臨界工作水頭隨明槽底坡的增大而減小。突擴寬度對底空腔長度有明顯影響，而突跌高度對側空腔長度幾乎無影響。摻氣設施後底板和側牆的脈動壓力特性隨流動區域不同而發生變化，穩定區的脈動壓力分布更接近於常態分配。側摻氣量和底摻氣量在不同的流動區域對水流總摻氣量的貢獻率不同，且隨流量的變化而發生變化。陡槽中，由與單獨底坎和單獨側坎構成的聯合摻氣坎的保護長度為單獨底坎的1.1倍、為單獨側坎的1.8~2.0倍。紊流數學模型數值模擬結果與試驗結果吻合較好，表明紊流數學模型能較好的模擬摻氣水流特性，但摻氣濃度的模擬結果誤差相對較大，數值模擬方法還需進一步改進。本研究所得結果對更好的了解和揭示底側聯合摻氣設施的摻氣水力特性有較好的促進作用，也可為底、側聯合摻氣設施更好地服務於實際工程提供有益的借鑑。