检索结果-南通市图书馆

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

溢洪道掺气坎槽后掺气水流三维数值模拟研究

溢洪道掺气坎槽后掺气水流三维数值模拟研究

作者：贾来飞天津大学

学位级别：硕士

随着我国高坝建设的快速发展，一大批高坝水电站正在或即将建设，这些高坝泄水工程一般都具有高水头、大泄量、窄河谷等特点，泄水建筑物泄量越来越大，单宽流量进一步增大，泄流流速高达40m/s，有的甚至超过50m/s，水流空化数较小，致... 详细信息

随着我国高坝建设的快速发展，一大批高坝水电站正在或即将建设，这些高坝泄水工程一般都具有高水头、大泄量、窄河谷等特点，泄水建筑物泄量越来越大，单宽流量进一步增大，泄流流速高达40m/s，有的甚至超过50m/s，水流空化数较小，致使泄水建筑物的某些过流部位常常发生严重的空蚀破坏。国内外工程实践表明，向高速水流中掺气可有效地减免泄水建筑物发生空蚀破坏。因此，深入研究溢洪道掺气水流水力特性对泄水建筑物安全运行具有重要意义。本文采用k-ε混合紊流模型封闭雷诺应力方程，利用双流欧拉法处理自由表面及相间的相互作用，对糯扎渡溢洪道掺气坎槽后掺气水流进行三维数值模拟研究。双流体欧拉法较以往采用的VOF法研究掺气水流，在相间作用力本构方程的构建上考虑了紊流扩散的影响，而且考虑了水气界面传递特性，能够较好地模拟水气混掺、分离的运动特性。利用建立的溢洪道掺气坎三维数学模型，对已进行过物理模型试验的工况进行计算，从溢洪道水流流态、水面线、底板压力、流速、掺气浓度及单宽掺气量等方面与模型试验结果进行了比较，计算值与试验值吻合较好，验证了双流体欧拉法研究溢洪道掺气水流的可行性。应用上述已验证的数学模型对溢洪道掺气坎槽后掺气水流进行详细研究，探讨了掺气坎坎高、坡度、来流流速与掺气量的关系。本文的研究成果可为类似工程设计提供参考依据。

关键词：溢洪道掺气坎槽掺气浓度掺气空腔双流体欧拉法数值模拟

挑坎与过渡阶梯大阶梯数的组合体型对一体化消能工的影响研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

挑坎与过渡阶梯大阶梯数的组合体型对一体化消能工的影响研究

作者：董丽艳昆明理工大学

学位级别：硕士

为解决一体化消能设施在大单宽流量运行时,较高的消能率与空蚀破坏之间存在矛盾这一难题,本文基于阿海电站的基础上,按1:60的模型比尺进行水工模型试验,采用三种角度的掺气挑坎与四种阶梯体型进行组合共十二种组合掺气设施,分析这十二... 详细信息

为解决一体化消能设施在大单宽流量运行时,较高的消能率与空蚀破坏之间存在矛盾这一难题,本文基于阿海电站的基础上,按1:60的模型比尺进行水工模型试验,采用三种角度的掺气挑坎与四种阶梯体型进行组合共十二种组合掺气设施,分析这十二种组合掺气设施对该一体化消能工水力特性的影响,为该一体化消能工应用于更高水头、更大单宽流量的工程中提供一定的理论依据,研究的主要结论如下:（1）当仅增设过渡阶梯体型时,发现首级大阶梯对该一体化消能工掺气影响比较突出;增设掺气挑坎+过渡阶梯的组合设施时,发现11.3°,1m+带有一个大阶梯的过渡阶梯的组合体型为最优的组合掺气设施;（2）时均压强、流速变化规律基本相似,时均压强最大值出现两个峰值,一个是反弧段的冲击压强最大值,一个是消力池段的静水压强最大值;当增设组合掺气设施时,挑坎角度一定时,第一阶为大阶梯的过渡阶梯体型的动能耗散程度最大,最大值均在90%左右;（3）挑坎+均匀阶梯体型下的最大负压出现在第一级阶梯立面凸角处;而挑坎+新型过渡阶梯的组合体型的最大负压出现的位置下移了,均出现在第二级阶梯立面凸角处;所有试验方案的最大负压值均没有超过规范允许的最大负压值;且十二个试验方案中最大负压最小值出现在11.3°+第一阶为大阶梯的过渡阶梯体型方案中,最大负压值为-5.46kPa;（4）增设过渡阶梯时,掺气浓度最大值仅达到61.6%,掺气空腔长度最大值达到13.88m;增设组合掺气设施后,第一、二阶为大阶梯或无大阶梯的过渡阶梯体型方案中掺气浓度最大值均达不到50%,第一阶为大阶梯的过渡阶梯体型方案的掺气浓度最大值超过了60%,空腔长度随挑坎角度的增大而增大,挑坎角度一定时,发现第一阶为大阶梯的过渡阶梯体型方案的空腔长度值最大,掺气浓度和空腔长度值最大的均出现在11.3°+第一阶为大阶梯的过渡阶梯体型方案中,最大值分别为88.46%,17.50m。（5）增设过渡阶梯时,消能率最大值达到52.70%,增设组合掺气设施后,消能率最大值达到59.95%。综上所述:在一体化消能工阶梯段与WES曲面衔接处增设组合掺气设施可以减小该衔接处存在的负压、提高该一体化消能工的掺气量和消能效果,其中最优的组合掺气设施体型为11.3°+第一阶为大阶梯的过渡阶梯体型。

关键词：阶梯溢流坝负压掺气浓度掺气空腔过渡阶梯消能率

自掺气跌射流水股不同碰撞角度下水垫塘底板动冲击荷载研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

自掺气跌射流水股不同碰撞角度下水垫塘底板动冲击荷载研究

作者：苏琨昆明理工大学

学位级别：硕士

挑跌流水垫塘消能型式是目前峡谷区高拱坝普遍采用的一种坝身泄洪消能形式,实践表明,通过坝身泄洪是峡谷区高拱坝一种最为经济有效的泄洪消能型式。高拱坝工程中,水垫塘是主要的防冲消能建筑物,其稳定与否影响水工建筑物的整体安全,而... 详细信息

挑跌流水垫塘消能型式是目前峡谷区高拱坝普遍采用的一种坝身泄洪消能形式,实践表明,通过坝身泄洪是峡谷区高拱坝一种最为经济有效的泄洪消能型式。高拱坝工程中,水垫塘是主要的防冲消能建筑物,其稳定与否影响水工建筑物的整体安全,而引起水垫塘底板严重冲刷及失稳破坏的主要因素是来自于泄流的巨大能量。在水垫塘底板荷载特性的研究中发现,即使挑跌射流携有的大部分动能与势能被水垫塘内的水垫所消耗,但挑跌射流冲击到水垫塘底板时,其能量依旧较大,流速仍然较高,其所携带的动能在冲击区一部分受底板阻碍作用,大部分转化为压能,即对水垫塘底板的冲击荷载。为了有效实现消能防冲目的及保证大坝安全运行,对挑跌流水垫塘动水荷载特性进行研究分析,是一个长期且重要的研究课题。本文以水工模型试验结合理论分析的方法,采用数理统计手段,分析泄流水股不同碰撞角度下水垫塘底板荷载特性。本文研究成果如下:（1）基于紊动冲击射流基本理论及研究成果,分析了水垫塘内的水流流态特征,从纵向、横向和水平向对典型的淹没冲击射流流态进行水流结构的分区。（2）实测塘内水体掺气浓度分布及气体迁移扩散机理分析;实测底板时均压强分布及分析成因。（3）通过数理统计的方法,研究分析各水流结构分区脉动压强的幅值特性、频谱特性。（4）计算推导出泄流水股空中碰撞的各水力学参数。（5）推导出水垫塘底板冲击区任一点时均压强计算公式。

关键词：水垫塘掺气浓度水力特性时均压强脉动压强幅值特性荷载计算

旋流阻塞泄洪洞气水两相流特性与掺气规律研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

旋流阻塞泄洪洞气水两相流特性与掺气规律研究

作者：李江波西安理工大学

学位级别：硕士

在高水头和大流量泄洪的情况下,建筑物内部往往会伴随着高速水流的冲刷、掺气、空化空蚀、急流冲击波等有害现象。较高作用水头时,旋流竖井式泄洪洞具有体型简单、布置灵活、较易施工、消能率高等特点。水平旋流阻塞消能工作为内消能工... 详细信息

在高水头和大流量泄洪的情况下,建筑物内部往往会伴随着高速水流的冲刷、掺气、空化空蚀、急流冲击波等有害现象。较高作用水头时,旋流竖井式泄洪洞具有体型简单、布置灵活、较易施工、消能率高等特点。水平旋流阻塞消能工作为内消能工的一种,其内部气水两相流水力特性复杂,掺气问题和空化空蚀问题一直是研究的重点,然而目前对高速旋流两相流特性和掺气规律的研究仍然处于探索阶段。本文采用模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同作用水头和不同阻塞的水平旋流阻塞消能工气水两相流进行了研究:(1)水流经起旋器形成空腔旋流,阻塞扩散段转变为气水两相流;泄流量、流量系数随作用水头增加而增大;压强随着作用水头的增加而增大,在水平洞与阻塞段沿程下降,扩散段波动上升,局部有负压;空腔直径在起旋器至水平洞段减小,阻塞收缩段后沿程增大;通气量与排气量随作用水头的增加而增加。(2)不同阻塞流态相似,阻塞比增大气水混掺区向上游移动;泄流量与起旋器喉口流量系数随阻塞比增大而减小,阻塞孔口流量系数呈相反趋势;阻塞增压效果明显;阻塞比增大,空腔直径会减小;阻塞比增大,上游通气量以及下游排气量减小。(3)阻塞段垂向掺气浓度分布为底板处较小,随后急速增大,顶板迅速减小;阻塞段横向掺气浓度变化规律与垂直分布规律相近;退水洞段掺气浓度垂向变化从底板到洞顶逐渐增大,洞顶部分断面掺气浓度会迅速下降;退水洞掺气浓度横向各断面呈轴对称分布。(4)对不同阻塞比掺气浓度进行了研究:阻塞段垂向分布,阻塞比m=0.5明显小于其他阻塞;阻塞段横向分布,阻塞大的体型,减小趋势更明显;退水洞段垂向分布,水流向下游发展,掺气浓度逐渐降低,阻塞比越大降低幅度越明显;从退水洞段横向分布来看,阻塞大的体型掺气浓度较小,但随水流向下游发展各阻塞掺气浓度逐渐接近。(5)通过对水流掺气机理初步分析,水平空腔旋流在阻塞段和退水洞段水流掺气过程综合了自掺气和水跃强迫掺气两种掺气特点,同时附加离心力的作用。阻塞收缩段,旋流掺气主要为水流紊动引起的自掺气现象。进入阻塞扩散段后,旋流产生水跃现象。(6)不同作用水头的掺气水流模拟与试验结果对比:①流态、壁面压强吻合良好;②阻塞扩散段形成漩涡状回流,随后逐渐减小。轴向流速呈轴对称分布,随作用水头增加而增大。切向速度为中心对称分布,沿程递减。182m水头由于水体摆动而无规律;③紊动能沿程衰减,随作用水头增大而增加;④掺气浓度分布相似,但实测值在阻塞段、退水洞前段及壁面处略大,其原因是由于计算气泡特征直径以及缩尺效应误差;⑤作用水头增加,空化可能性会增加,但由于掺气均匀,不会发生空化;⑥182m水头消能率较低,其余工况消能率达到55%以上,占消能工的60%以上,作用水头越大,消能效果越好。(7)不同阻塞的掺气水流模拟结果与试验结果对比:①流态、壁面压强吻合良好;②各阻塞流线规律相似,阻塞比增大时,旋涡流线区域越小,在阻塞段各断面轴向和切向流速接近;③阻塞比越大水流紊动能增大,耗散率也更大;④掺气浓度分布相似,但在局部区域略有差异;⑤空化的可能性较低;⑥在阻塞段至退水洞前段消能率达到55%,占总消能率的60%以上,阻塞比增大时,消能率也增大。

关键词：水平旋流气水两相流欧拉模型掺气浓度水力特性掺气机理

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

掺气减蚀设施水力特性研究

掺气减蚀设施水力特性研究

作者：苗宝广四川大学

学位级别：硕士

本文对掺气减蚀的应用和发展进行了回顾,对各种体型的掺气减蚀设施进行了总结。基于某大型水电工程放空洞的模型试验,对挑坎跌坎联合方式掺气减蚀设施的水力特性进行了较为系统地研究,主要内容和研究成果如下: 1.结合工程经验,通过初步... 详细信息

本文对掺气减蚀的应用和发展进行了回顾,对各种体型的掺气减蚀设施进行了总结。基于某大型水电工程放空洞的模型试验,对挑坎跌坎联合方式掺气减蚀设施的水力特性进行了较为系统地研究,主要内容和研究成果如下: 1.结合工程经验,通过初步计算,确定物理模型的规模和掺气设施的布置位置。主要包括明流隧洞内的水面线和流速沿程变化过程,按照设计规范要求选定掺气设施的布置位置。然后按照一定的比尺将原型物理量换算到模型,预测模型中的流速、雷诺数、韦伯数等是否满足制作掺气减蚀物理模型的必须条件,据此选定合适的模型比尺为1:30。2.比较各种掺气减蚀设施的水力特性,寻求适合大流量、低佛汝德数,小底坡的明流泄水隧洞的掺气设施。根据实际工程特点,设计几种掺气设施体型,通过模型试验验证,确定挑坎跌坎联合形式为合适的掺气设施体型。3.掺气空腔内积水,将严重影响水流掺气。通过改变掺气设施下游的局部底坡,用以避免空腔积水和排除积水,又尽量的增加掺气空腔的长度。文中还计算了经过掺气设施的射流对底板的入水角以及射流对底板的冲击压力等等。4.确定掺气设施掺气量的最重要的因素是空腔长度,所以计算掺气空腔的长度是一个非常重要的问题。本文通过试验数据拟合了空腔长度计算的经验公式,又应用物理模型推导了空腔长度的理论计算公式,包括:依据抛射体理论的抛体公式;取射流下缘流体微团进行微元分析的计算公式。并对公式中的有关物理量进行了修正,使之符合实际的流体运动规律。最后将这些

关键词：掺气减蚀空腔长度掺气浓度掺气保护长度

滨海电厂虹吸井溢流堰跌水形成泡沫的机理及抑泡措施研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

滨海电厂虹吸井溢流堰跌水形成泡沫的机理及抑泡措施研究

作者：林慧华南理工大学

学位级别：硕士

随着核电建设的大力发展,未来我国将规划和建设更多的滨海电厂。滨海电厂通过冷却水循环系统从外海取水,然后冷却水经过虹吸井。虹吸井内设有溢流堰,水流经溢流堰跌水,掺混卷吸大量空气进入水体产生气泡。在排出外海区域的过程中,受电... 详细信息

随着核电建设的大力发展,未来我国将规划和建设更多的滨海电厂。滨海电厂通过冷却水循环系统从外海取水,然后冷却水经过虹吸井。虹吸井内设有溢流堰,水流经溢流堰跌水,掺混卷吸大量空气进入水体产生气泡。在排出外海区域的过程中,受电厂卷载效应的影响,海水中含有大量海生物残渣和具有表面活性的颗粒,使气泡久久不溃灭,最终形成大范围的泡沫污染带。目前,针对滨海电厂泡沫的产生及稳定性研究较少,大多停留在定性分析阶段,且现有研究仅考察水动力条件的影响而忽视了水质即液相物性对于掺气的作用,关于气液两相流的掺气机理认识还存在诸多不足。基于此,本文通过物理模型试验和CFD-PBM耦合模型结合的方法,探究气液两相流的掺气机理,重点对溢流堰后的掺气强度及气泡的尺寸、数密度分布进行分析,设计不同流量、不同水质条件下的明渠水槽物理模型试验,分析流量及水质改变对水流紊动特性和沿程掺气浓度分布的影响,试验结果同时为数学模型提供率定和验证;于实验量筒中制造强迫掺气环境,探究温度、盐度、海洋生物对泡沫稳定性的影响;构建气液两相流模型及群体平衡模型耦合的溢流堰跌水掺气模型,反演堰后的跌水掺气过程,探究掺气特性的变化规律,重点分析液相粘度及表面张力等重要参数对水体掺气强度、气泡破碎和聚并的影响机理;最后,开展排水抑泡优化措施研究,对三种抑泡水工结构开展CFD计算,挖掘水流紊动特性与掺气的关系,并比选出抑泡效果最佳的方案。对实验数据和模型模拟结果进行分析,得到以下结论:(1)水体掺气是泡沫产生的必要条件,物理模型试验结果表明,堰后段水体的水位、流速和掺气浓度均随过堰流量的增加呈增大的趋势;水质条件的改变虽然不影响堰后水流的水位和流速,但当表面张力减小时,掺气浓度略有增加;在低粘度范围内,液相粘度对平均掺气浓度无明显影响;(2)泡沫稳定性的实验结果表明:温度升高不利于水体的起泡性和稳泡性;盐度增加会同时提高海水的起泡和稳泡能力,且盐度增加对小气泡的影响更为显著;海洋生物浓度对泡沫的稳定存在起关键作用,使泡沫溃灭时间大幅度提高;(3)数值模拟的水流紊动特性、掺气浓度分布与试验数据验证良好,误差在合理范围内,证明数学模型可以较好地反映过堰水流掺气分布的基本变化规律。自来水组次的模拟结果表明,在相对水深较小时,掺气浓度沿水深方向增加相对缓慢,而越靠近自由表面,掺气浓度增长越快;气泡尺寸沿相对水深的变化规律则恰好相反。掺气浓度与湍动动能近似线性正相关分布。多组粘度、表面张力情景工况的模拟结果表明,相同气速下,随着液相粘度的增加,断面平均掺气浓度逐渐减小,总气泡数密度也相应减小;粘度增加时,气泡平均直径有所增加,大气泡的数量增多。表面张力对掺气浓度和气泡分布的影响表现为:随着表面张力的减小,水体掺气浓度明显增大,对应总气泡数密度有所增加;表面张力减小时,各断面的径向气泡直径呈下降趋势,小气泡的数量显著增多;(4)三个抑泡方案由于堰型和附加水工结构的不同,水流的紊动特性也有所差别。数值模拟结果显示,孔板的孔洞数量越多、排列越紧密,水体紊动程度越低,后方排水箱涵内的掺气强度也越小;参考前人研究成果,水体掺气浓度可表示为由相对水深和湍流扩散系数决定的函数,本文模拟计算的三个方案沿水深方向的掺气浓度分布与该掺气浓度模型的拟合效果良好,且其他两篇文献的掺气数据也验证良好;(5)三个抑泡方案中,从掺气浓度及掺气范围方面对比,优化抑泡方案二(三阶孔板组合挡墙)的抑泡效果最优,可推荐作为滨海电厂抑泡的有效手段。综上所述,本文通过物理模型试验结合数值模拟技术的研究方法,对虹吸井溢流堰排水泡沫的产生、稳定性和抑泡开展了系统性的研究工作,分析了影响掺气强度及气泡分布的关键水动力和水质因素,较为全面地探究了气液两相流的掺气机理,同时探索了多种情景下的气泡聚并、破碎行为及分布特性。研究结论有利于进一步理解虹吸井排水泡沫的产生和稳定机制,提出的优化抑泡工程方案二为电厂抑泡工作提供了思路和参考。

关键词：气液两相流掺气浓度群体平衡模型模型试验抑泡

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

泄洪洞突扩突跌掺气设施水力特性研究

中国农村水利水电 2015年第8期 152-157页

作者：吕绪明徐一民乔梁南海龙昆明理工大学电力工程学院昆明650500 安徽颍州河道管理局安徽阜阳236000

有压洞出口突扩突跌掺气设施在工程中得到广泛应用,合理的突扩突跌体型能较好的对水流掺气,进而减小水流对泄水建筑物的空蚀破坏。利用Eulerian的RNGk-ε三维紊流数学模型及物理模型试验对突扩突跌掺气设施的水力特性进行了研究,得出突... 详细信息

有压洞出口突扩突跌掺气设施在工程中得到广泛应用,合理的突扩突跌体型能较好的对水流掺气,进而减小水流对泄水建筑物的空蚀破坏。利用Eulerian的RNGk-ε三维紊流数学模型及物理模型试验对突扩突跌掺气设施的水力特性进行了研究,得出突扩突跌后底空腔及侧空腔的变化规律及影响因素。水流掺气浓度在水舌落点附近最大,其分布受贯通的底空腔尺度和侧空腔尺度的综合影响。侧掺气空腔对增大泄槽边墙附近的掺气浓度效果显著,对水舌落点以后的明槽段,同一流程位置边墙附近的掺气浓度比中轴线处平均可增大10%-30%。研究结果有助于了解突扩突跌掺气设施的水力特性,可为选取该设施合适的体型尺寸提供参考。

关键词：突扩突跌数值模拟模型试验掺气浓度底空腔侧空腔

低Froud数跌坎型底流消能工不同水流结构区掺气特性研究

维普期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

低Froud数跌坎型底流消能工不同水流结构区掺气特性研究

作者：张锦昆明理工大学

学位级别：硕士

近年来我国水利水电事业迅速发展,新建了许多大型水利水电工程,这些工程往往具有高水头、大流量的特点,泄洪消能问题较为突出,许多地质条件差,对环境要求高的在建和将建工程都放弃了挑流消能方案而选择底流消能。基于底流消能的跌坎型... 详细信息

近年来我国水利水电事业迅速发展,新建了许多大型水利水电工程,这些工程往往具有高水头、大流量的特点,泄洪消能问题较为突出,许多地质条件差,对环境要求高的在建和将建工程都放弃了挑流消能方案而选择底流消能。基于底流消能的跌坎型消能工是一种能适应高水头、大流量的新型消能工。由于跌坎的存在,水流进入消力池后,沿程得到一定程度的扩散,主流两侧形成漩涡以及强烈的紊动剪切扩散,将高速的主流引离临底区域,临底流速有效降低,因此基于底流消能的跌坎型底流消能工,具有消能率高、入池流态稳定,对地质条件适应性强以及水流雾化小等优点,该消能工具有较好的应用前景。由于入射水流与消力池内水体形成紊动剧烈的剪切面,导致大量空气被卷吸入水中形成水气两相流,气泡存在于水流紊流流场中时,原来的紊流结构势必会发生变化,气泡和水流之间的流动形态将存在明显的差异,如气泡跟随性的强弱决定了水气两相之间的流速差,气泡的存在使得水体膨胀,水深增加,同时也会增大水流脉动,增加建筑物的瞬时荷载,另外还会引起水流附加紊动耗散,因而掺气浓度的大小及其分布规律必将影响到消力池内临底流速、压强,消力池内水深以及消能率等水力因素。对于掺气水流的研究,无疑能能帮助人们更好的认识跌坎型底流消能工中各水力因素间的关系,对优化跌坎型底流消能工体型设计有着重要意义。本文是基于国家自然科学基金(项目编号：51169008)而立题,采用水力学试验的方法,测量了入池Froud数为3.09至5.41时,跌坎型底流消能工在不同流量、跌坎深度以及入射角度下,不同水流结构区的流速、底板压强、掺气浓度值,并通过对比分析得到入池流量、跌坎深度以及入射角度对不同水流结构区掺气浓度沿程分布的影响规律以及水体中气泡迁移扩散的运动机理。

关键词：跌坎型底流消能工掺气浓度流量跌坎深度入射角度

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

陡坡明渠全断面掺气减蚀设施水力特性研究

陡坡明渠全断面掺气减蚀设施水力特性研究

作者：颜敏昆明理工大学

学位级别：硕士

经济社会的高速发展需要以能源作为物质基础,而水能资源是目前开发技术最成熟、开发规模最大的清洁能源。我国水力资源丰富,水能的开发利用还有很大的潜力,随着科学技术的进步,特别是筑坝技术的提高,高坝水利工程不断涌现,随之而来的高... 详细信息

经济社会的高速发展需要以能源作为物质基础,而水能资源是目前开发技术最成熟、开发规模最大的清洁能源。我国水力资源丰富,水能的开发利用还有很大的潜力,随着科学技术的进步,特别是筑坝技术的提高,高坝水利工程不断涌现,随之而来的高速水流引发的空蚀空化破坏也日益严重。减免空蚀破坏,最经济、最简单的方法是在过流边壁上设置掺气设施对水流进行强迫掺气,使得水体保持一定的掺气浓度从而达到减蚀或免蚀的目的。本文通过陡槽水力学模型试验,采用控制变量的研究方法,通过改变掺气设施的类别及体型、来流流量等得到不同的试验工况。在不同工况下主要研究了强迫掺气设施后水流的掺气浓度、掺气空腔长度、掺气保护长度、流速、水流流态等方面的特性。本文共五章。第一章着重论述空化空蚀的概念,空蚀破坏的机理、减免空蚀破坏的措施,掺气水流的类型、水流掺气的原因,掺气减蚀设施的基本体型的类型。第二章在设置底坎掺气设施的基础上对水流的掺气浓度、底空腔长度、掺气保护长度、空腔回水进行了研究与讨论。第三章在设置侧墙掺气设施的基础上对水流的掺气特性进行分析与研究。第四章将联合掺气水流的特性与底坎掺气和侧墙掺气进行对比。第五章主要阐述本文试验研究得到的研究成果与结论。通过试验研究结合理论分析,得到了以下研究成果和结论。当单独设置底坎掺气设施或侧墙掺气设施且掺气设施的体型是底侧联合掺气设施体型的一部分时,三种掺气设施的掺气浓度沿程分布规律基本一致：即先急剧增大,然后缓慢增大达到峰值,之后迅速跌落,最后缓慢衰减达到稳定值。在试验范围内,当其他影响因素保持不变时,掺气浓度随着流量的增大而减小;随着掺气坎坡比的增大而增大;随掺气坎坎高的增大而增大。在试验范围内,空腔长度都随流量的增大而减小,随掺气坎坡比的增大而增大。当底、侧空腔同时存在时,底空腔和侧空腔都要受到侧墙掺气坎或底掺气坎的影响。在保持挑坎高度不变的情况下,掺气保护长度随着流量的增大而减小;随着挑坎坡比的增大而增大。底侧联合掺气的有效掺气保护长度要比单一掺气设施的有效掺气保护长度要更大,对下游的掺气保护效果更好。研究成果可为优化掺气设施体型、布置掺气设施方式提供试验依据。

关键词：掺气设施掺气减蚀水工模型试验掺气浓度掺气空腔长度