前置掺气坎高度对阶梯溢流坝水力特性的影响.pdf

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1、第36卷第6期人民黄河Vo1．36．No．62014年6月YEl

2、I0WRIVERJan．，2014【水利水电工程】前置掺气坎高度对阶梯溢流坝水力特性的影响朱利，张法星，刘善均(四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)摘要：将掺气坎设置于阶梯溢流坝闸墩出口处，有利于阶梯掺气，避免阶梯空蚀空化。通过1：25模型试验，在宽尾墩阶梯溢流坝上设置不同体形的前置掺气坎，研究了掺气坎高度变化对坎后有效空腔长度、空腔最大高度、下游坝面掺气浓度沿程分布、水舌冲击力大小的影响，并与未设掺

3、气坎体形时对应的水力学参数进行了对比分析。结果表明：与未设掺气坎相比，增设掺气坎后阶梯沿程掺气浓度增长明显；有效空腔长度随坎高的增大而增大，空腔最大高度随坎高的增加无明显变化；随着坎高增加，水舌冲击力相应增加，对于53。的溢流坝面，坎高超过1．2m后，水舌冲击压强将大于20×9．8kPa。关键词：前置掺气坎；阶梯溢流坝；掺气浓度；水舌冲击力中图分类号：TV135．21文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2014．06．035ExperimentalInvestig

4、ationontheInfluenceofHeightVariationsofthePre·AeratortotheHydraulicCharacteristicsoftheFlowintheSteppedSpillwaysZHULi，ZHANGFa—xing，LIUShan-jun(StateKeyLabofHydraulicsandMountainRiverEngineering，Chengdu610065，China)Abstract：Aeratorhasbeenprovidedattheex

5、itofsteppedspillwaypiers，whichcanavoidcavitationdangerforsteppedspillway．Differenttypesofpre—aeratorsweresetonthewidetailpiersteppedspillwaywithphysicalmodelattheratioof1／25，toanalyzetheinfluenceofaeratorheighttotheeffectivelength，maximumheiIghtofcavit

6、y，airconcentrationdistributionalongthedownstreamdamsurfaceandthesizeofimpulsiveforce．Italsomadecomparativeanalysisoftheconditionswithoutaerator．Experimentsshowthatthesizeofairconcentrationalongthedownstreamdamsur·faceincreasessignificantlycomparingwith

7、thatwithnoaerator；Theefectivelengthofcavityincreaseswiththeincreaseofaeratorheight，whilemaximumheighthasnoobviouschangewhenaeratorheightincreases；calculationdemonstratesthatimpulsiveforceincreaseswiththeincreaseofa—eratorheight。anditwillexceed20x9．8kPa

8、forsteppedspillwaywithslopeangelof53degreeswhenaeratorishigherthan1，2m．Keywords：pre-aerator；steppedspillway；airconcentration；impulsiveforce近年来，国内外众多学者对溢流坝面阶梯式消能工的研究等提出前置掺气坎阶梯溢洪道的体形布置方式，有效地解决表明。，设计良好的阶梯溢流坝可以减小下游消力池或水垫了阶梯面的空蚀破坏问题。笔者将前置掺气坎应用于宽尾墩塘尺寸，获得巨大的经

9、济效益。工程实践表明，在高水头大流阶梯溢流坝上，分析掺气坎高度变化对空腔形态、沿程掺气浓量情况下，阶梯溢流坝也会显现出自身的缺陷，致使其应用范度及水平台阶面受到的冲击压强的影响。围受到很大限制，比如消能率将下降，通气难、易空化，并可能产生空蚀破坏。丹江口水利枢纽溢洪道就是单宽流量和流速1试验简况过大(单宽流量q=120m／(s·m)，流速为22—24m／s)造成某水电站坝顶长度为482m，最大坝高132IIl，泄洪消能建台阶空蚀破坏的例子。近几年有学者提出将宽尾墩与阶