掺气减蚀减压模型相似律问题的探讨 (1)

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1、万方数据万方数据行降低。具体原则是，在按重力相似理论设计模型基础上，试验中必须保持模型初生空化数与原型初生空化数相等旧o。据此可以得到下式^叩+危P一^坤^。。+九。一^。，，、盯2————丁—一2————i——一Ll，％∥m式中，盯为水流空化数；危。、^。分别为原型大气压、模型减压箱气压；^。、^。分别为原型、模型测点处压强水柱；^。、^。分别为原型、模型水汽化压强水柱；Ⅳ。Ⅳ。分别为原型、模型测点处水流流速。对式(1)进行整理可得减压试验相似真空度表达式，即叼=警小譬一鲁㈦式中，叼为减压箱相似真空度；危。为试验室大气压强水柱；三，为模型长度比尺。根据上述

2、试验方法可有以下试验结果：模型无空化现象，原型则无空蚀破坏；原型水流空化数大于模型初生空化数时，原型中无空化发生。2．2水工模型减压试验及相关原型资料统计旧12．2．1工程概况大朝山水电站泄洪系统采用坝顶5个泄水表孔、左右岸3个排沙底孔的联合泄洪方式。其中5个表孔均采用宽尾墩+台阶坝面+消力池的联合消能形式，如图1所示。表孔设计为wEs堰面，堰面末端加宽尾墩，宽尾墩末端堰面上设一小挑坎，宽尾墩后接44个台阶，其中第一个台阶高度为2m，第二、第三个台阶高均为1m，前3个台阶的宽度均为0．78m，第四个台阶以下共40个高宽为1．0m×O．7m的标准台阶。正常蓄水

3、位899．0m时，对应的堰面单宽泄量为142．7m3／(s·m)，校核水位905．89m时，对应的堰面单宽泄量为237．8m3／(s·m)，无论其坝高还是单宽泄量，在已建台阶溢流坝工程中均属第一。V906OO图1台阶剖面与水流流态示意(单位：m)水利水电技术第36卷2005年第10期尹进步，等∥掺气减蚀减压模型相似律问题的探讨2．2．2模型减压试验及资料分析取大朝山水电站43表孑L进行台阶面减压模型试验，模型长度比尺为￡，=40。试验完全按传统减压试验理论进行，即模型按重力相似准则设计同时，满足减压模型与原型水流空化数相等的要求。进行减压试验同时，在模型上还

4、进行常压下台阶面掺气浓度测试。2．2．2．1减压空化测试及分析利用丹麦B&K公司的噪声测试分析仪进行台阶面水流空化噪声测试。为了对尾水位上下水流都进行空化测试，分别在台阶面尾水位上下两处各安装了一个水听器测试盛水盒，如图1所示。由于水盒盛满水后，悬挂其中的水听器对来自于和水盒相接的5个台阶上出现的噪声均能进行捕捉，因而保证了尾水位以上噪声一般能被上部”1水听器接收，尾水位以下噪声一般能被下部42水听器接收。对测试得到的空化噪声谱进行能量积分，绘制噪声能量I与相对真空度口=叼钿。(吼为相似真空度)关系曲线：如果所得曲线拐点处o<1，说明水流有空化出现；o=1，

5、说明水流发生初生空化；如果o>1，说明测点处水流无空化现象发生。按上述方法，对试验测试得到的所有噪声谱进行分析发现，尾水位以下。2测点，一方面，测点处压强基本为正压，另一方面，受尾水的水垫消能减速作用，水流流速较小。因此，一般不会发生空化。尾水位以上。1测点，中高水位大泄量时，无空化发生，只有中低水位，流量不大时，有空化噪声出现。将41测点噪声分析结果汇总如表l，再根据式(3)对水流进行空化数计算，结果如表1所列。盯=雩≠㈩盯=——了■一【jJv，己譬式中，^。为大气压强水柱(m)，危为测点处台阶立面靠近上边缘处压强水柱(m)，^。为水流汽化压强水柱(m)，

6、∥为测点处沿坝面方向水流流速(∥s)。表1空化噪声测试结果汇总上游水位单宽泄量空化数工况闸门开度噪声分析结果／m3·(s·m)‘1盯l全开886．014．870．191空化(o<1)2全开889．035．500．182空化(o<1)3e=6．Om894．053．36O．265空化(o<1)4e=6．0m899．O67．93O．291初生空化(n=1)5全开894．O82．860．223空化(Ⅱ<1)6全开899．O142．740．395未空化(n>1)7全开905．89237．806．60l未空化(n>1)9万方数据尹进步，等∥掺气减蚀减压模型相似律问题的探

7、讨将表1中水流空化数与噪声分析结果进行对比。当噪声分析水流发生初生空化(口=1)时，由式(3)对其相应工况水流空化数进行计算，得到盯=o．291，由此可以确定此处台阶面初生空化数应为矿。一0．291。在表1中，如果盯<盯。，台阶面有空化水流出现；反之，则无空化出现。测试分析结果非常明显地表现出这一规律。上述减压空化测试结果分析表明，台阶面水流有空化现象。2．2．2．2台阶面掺气浓度测试利用848型掺气浓度仪进行掺气浓度测试。为了便于近底掺气浓度的准确测量，分别沿孔轴线方向在815、420、825、431台阶上布置4个掺气浓度测点，模型上每个测点处测试范围均在

8、距离台阶面o．2cm附近，可以保证所测结果基本为近底