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龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀研究

刘超  
【摘要】:龙抬头式泄洪洞在中、高水头的水利水电工程中应用十分普遍,其突出的水力学问题是反弧段的空蚀破坏,反弧段空蚀破坏的部位常见于反弧末端、反弧段下游底板和反弧段下游侧墙。为了减免泄洪洞的空蚀破坏,一般采用底部进气的掺气设施。我国大型龙抬头泄洪洞运行表明,采用常规的底部进气的掺气设施后,反弧段下游侧墙仍可能出现空蚀破坏,这提出了两个值得研究的重要问题:采用常规掺气减蚀设施后,大型龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙为什么仍会出现空蚀破坏,采取何种措施才能有效地减免反弧段下游侧墙的空蚀破坏。大型龙抬头泄洪洞反弧段下游一般均具有流速高、单宽流量大、佛氏数低、底坡小的特征,使其掺气减蚀设施体型设计有较大困难,反弧末端的掺气设施,由于水流受反弧段离心力的影响,其体型设计的难度更大,如何优化小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气设施体型,这也是值得研究的问题。 本文在总结前人研究成果的基础上,采用大比尺的模型试验,结合紊流数值模拟,分析了采用常规掺气减蚀设施后,大型龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙仍可能出现空蚀破坏的原因;首次提出了解决泄洪侧墙空蚀破坏的侧墙掺气方案;从三维角度提出了小低坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一些建议。主要研究内容和成果如下: (1)试验研究表明,采用常规的掺气设施后,反弧段下游边墙仍容易空蚀破坏的原因主要在于:反弧末端采用常规的底部掺气设施后,掺气坎后的出射水流,其底部受掺气空腔的影响,压强接近于空腔负压,其顶部与洞顶余幅中的气流相接,其压强接近大气压强,空腔段边壁处动水压强小,水流空化数很


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