空蚀掺气浓度的试验研究(

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1、减免空蚀掺气浓度的试验研究*董志勇，居文杰，吕阳泉，丁春生(浙江匸业大学建筑匚程学院，杭州潮王路16号,邮编310032,E-mail:dongzy@zjut.edu.cn)摘要：本文在直流式水洞中用先进的量测仪器设备对减免空蚀的最低掺气浓度进行了系统的试验研究。通过对不同掺气浓度、不同配合比伦试件的空化空蚀试验，提出减免空蚀最低掺气浓度与高速水流速度的关系，给出不同掺气浓度时空化区的流态，比较了空蚀区掺气与不掺气情形的时均压丿J,并系统地观察了空化空蚀噪声随掺气屋的变化。关键词：水力学；空化空蚀；掺气减蚀；最低掺气浓度Anexperimentalstud

2、yofairconcentrationtopreventcavitationerosionDONGZhiyong,JUWenjie,LUYangquan,DINGChunsheng{FacultyofCivilEngineeringandArchitectureatZhej•iangUniversityofTechnology,Hangzhou310032,E-mail:dongzy@zjut.edu.cn)Abstract:Leastairconcentrationtopreventcavitationerosionwasexperimentallyin

3、vestigatedusingnon-circulatingwatertunnel.ThreemixingproportionsofconcretespecimenswereusedforCcivitationerosionwithandwithoutaeration.Relationbetweenleastairconcentrationtopreventcavitationerosionandflowvelocitywasdeveloped.Flowregimesincavitationregionatdifferentairconcentration

4、wereobservedindetail.Time-averagedpressureswithandwithoutaerationincavitationerosionregionwerecompared・Andvariationofcavitationnoisewithairconcentrationwassystematicallyobserved・Keywords：hydraulics;cavitation;cavitationcontrolbyaeration;leastairconcentration1前言随着我国水利水电事业的发展，高坝建设tl

5、益增多。到口前为止，已建成一大批100m以上的高坝，并几已建和在建一批200m以上的超级高坝，如二滩、龙滩水电站等，有些坝高其至达到300m量级，如小湾、溪落渡等。据不完全统计，到n前为止批界上已建成200m以上的超级高坝约3()朋，在建和规划兴建的还有多廉。由于落差的加人，这些高坝水流速度可达儿十米每秒，其至达到或超过50m/s。我们知道，在普通高坝屮会遇到常见的高速水流问题，如掺气、空化空蚀、脉动振动、消能防冲等。尤其在溢流坝、泄洪洞、陡槽等泄水建筑物中，当水流速度达到一定程度时°,水流压强低于相应的饱和蒸汽压强，产生空化现彖。空穴流由低压区流到高压区

6、便会产住空蚀破坏。世界上许多泄水建筑物都曾发生过空蚀破坏，在国外，较早的如位于巴拿马地峡恰格莱斯(Chores)河上的麦登(Madden)坝[1],1935年在泄水道进口处发生了严重的空蚀破坏。乂如位于亚利桑那州和内华达州交界处科罗拉多•收稿日期：2005-2-13基金项II：国家自然科学基金资助项II(50279048)的部分内容作者简介：董志勇，1962年生，男，教授，工学博士河上的波尔德(Bouldcr)［2］坝，又名胡佛(Hoover)坝，其东岸泄洪洞于1941年8刀6口开始运行,4个月后于同年12月12口在泄洪洞内进行检杳时发现反弧段发生了严重的

7、空蚀破坏,形成一个长约35m、宽约9.15m,最大深度达13.7m的大坑。在我国，发生空蚀破坏的实例也很多，如刘家峡水电站［3］,右岸泄洪洞是由施工导流洞改建］何成，水库正常蓄水位至泄洪洞反弧段落差为120m,反弧末端最人流速为45m/so1972年泄洪时反弧段及其下游底板遭到严重的空蚀破坏，100多米长的底板表面遭到破坏，最人空蚀坑深达48m此外，还有丰满水电站溢流坝面［4］、柘溪水电站［5］等。当空化现象不可避免吋，为了减免高速水流空化产牛•的空蚀破坏，经济而有效的措施是在低压空化区或在易发生空蚀部位上游设置掺气设施强迫掺气。美国学者Peterka［6

8、］较早地进行了掺气减蚀的研究，试验中掺入的空气量为水量的().4%