反弧段对掺气空腔形状影响试验探究

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1、反弧段对掺气空腔形状影响试验探究　　【摘要】：在高坝建设中经常遇到反弧段等曲线段形式泄洪，而如何防止反弧空蚀是人们所关注的问题。本文通过水槽试验，研究了不同反弧半径、流量、挑坎高度、挑坎坡度等因素发生变化时，空腔形状及反弧长度、圆心角的变化规律。这对进一步探讨反弧减蚀机理、采取有效的减蚀措施有积极的意义。【关键词】：掺气空腔；反弧半径；反弧长度Abstract:Inthedamconstruction,Peopleoftenencounteredformofanti-arcdischargeandothercurve,theproblemisthatpeopl

2、eareconcernedabouthowtopreventanti-arccavitation.Inthisarticle,bythehydraulicexperimentsintheflowchutewiththedifferentanti-arcradiusandunderthedifferentflowdischargesandaeratortypes,thevariationofcavityshapeandanti-arclengthandcentralangle.Forfurtherexplorethemechanismofanti-arccavi

3、tationandtakingeffectivemeasurestoreduceerosion,thisisapositivesignificance.Keywords:aeratedcavity;anti-arcradius;8anti-arclength中图分类号：C33文献标识码：A文章编号：1前言随着坝工技术的提高和水电建设事业的发展，我国高坝建设发展迅速，高水头、大流量泄水建筑物不断增多，因此泄水建筑物的体型往往也比较复杂，泄槽底坡除了直坡段外，还会碰到如反弧段等曲线段形式泄洪，而如何防止反弧空蚀是人们所关注的问题。8过去国内外对掺气减蚀的研究主要集

4、中在顺直底坡的底部强迫掺气设施上[1、2]，而对于复杂边界条件下强迫掺气水流的研究成果很少。如反弧段，由于受边界条件的影响，其掺气水流的水力特性比直坡段的要复杂得多，掺气浓度的分布规律也不尽相同。目前减免反弧段空蚀破坏措施的研究，主要集中在反弧段体型优化和掺气减蚀两方面。对反弧段的体型研究，林秉南等[3]提出了等空化数反弧曲线概念，其后又有人如魏文礼[4]等提出多种具体的反弧段曲线。董志勇[5、6]等在直流式水洞中对减免空蚀的最低掺气浓度进行了试验研究，分析了压力随掺气浓度的变化及背压对空蚀的影响，提出减免空蚀的最低掺气浓度与流速度关系。夏毓常[7]通过作用水

5、头、反弧末端平均流速及反弧段水流空化数等指标提出了泄洪洞反弧段发生空蚀的判别标准。刘超[8]等试验中实测了掺气设施后反弧段局部位置掺气浓度沿水深的变化。本文通过试验改变反弧段反弧半径的大小，研究反弧半径和弧长对掺气空腔长度的影响，具有重要的现实意义。2试验方案2.1试验装置试验装置由三角堰、前池、进水口、固定式明流泄水槽、掺气设施、反弧段及可移动式明流泄水槽等几部分组成。该试验设施可供使用的最大流量为，其试验流态为明流流态。根据试验场地和供水等条件，前段固定的泄水槽高差为，底坡坡角，长度为，水槽横断面为正方形，断面尺寸为。掺气设施采用挑坎的形式，为保证最大空腔

6、长度的完整性及考虑回水等的影响，挑坎设置于反弧段上游处。反弧段的圆心角取为，反弧半径根据试验需要，依次取为（弧长为），（弧长为），（弧长为）。掺气设施的通风系统为：通过设置于泄水槽槽身左、右两侧边墙的通风孔对空腔进行供气。下部可移动的泄水槽和反弧段下游相连，其长度为。试验装置的槽身采用有机玻璃制成。掺气设施布置图见图1。图中，为水槽底坡角，为挑坎挑角，为挑坎坎高，为来流的坎上平均流速，为来流的坎上水深，为空腔长度，为空腔回水深度（取空腔内回水最高点到空腔与底板交点的垂直距离）。图1掺气设施布置图8Fig.1Thelayoutoftheaeratoronthec

7、hute2.2试验条件2.2.1掺气坎体型试验中，分别设计了三种挑坎高度（、、），每种挑坎高度各有三种挑坎坡度（1:5、1:7、1:9）共9种掺气坎。2.2.2反弧段的反弧半径反弧段的圆心角取为，反弧半径根据试验需要，依次取为（弧长为），（弧长为），（弧长为）。2.2.3来流水力条件该试验的流量范围定为，对应的掺气坎上来流流速，来流水深。3试验结果及分析3.1反弧半径对空腔形状的影响当水槽底坡、挑坎高度、挑坎坡度1:9、下泄流量、反弧半径、、时，试验所得空腔形状的曲线见图2。图2不同反弧半径时空腔形状曲线Fig.2Thecurveofthecavityshap

8、ewithdifferentanti-