泄槽底部摻氣坎后水流摻氣濃度分布模型試驗(yàn)

馬關(guān)博,徐一民,喬 梁,榮 巖

(昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院,云南昆明 650500)

泄槽底部摻氣坎后水流摻氣濃度分布模型試驗(yàn)

馬關(guān)博,徐一民,喬 梁,榮 巖

(昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院,云南昆明 650500)

針對(duì)泄槽底部摻氣坎后的摻氣濃度分布規(guī)律較為復(fù)雜、研究成果較少的問(wèn)題,為了更清楚地探究泄槽底部摻氣坎后上游直段、反弧段及下游直段水流摻氣濃度分布規(guī)律,采用含有反弧段的泄槽進(jìn)行模型試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:上游直段、反弧段及下游直段水流中不同水深處摻氣濃度的沿程變化規(guī)律是不相同的;其他條件不變時(shí),水流摻氣濃度隨摻氣坎高度的增加而增大,隨反弧段反弧半徑的減小而減小;摻氣坎高度和反弧半徑對(duì)摻氣設(shè)施的有效保護(hù)范圍有一定的影響,適當(dāng)提高摻氣坎的高度和反弧段的半徑對(duì)增大摻氣設(shè)施的有效保護(hù)長(zhǎng)度有利。

泄槽;摻氣坎;反弧段;高速水流;空蝕;摻氣濃度;高壩

在高壩泄水建筑物中,高水頭帶來(lái)的高速下泄水流是高壩泄水建筑物的關(guān)鍵水力學(xué)問(wèn)題之一,而高速水流在經(jīng)過(guò)過(guò)流邊壁的局部低壓區(qū)或者負(fù)壓區(qū)時(shí),容易發(fā)生對(duì)過(guò)流邊壁的空蝕破壞,不但影響泄流能力,甚至引起振動(dòng),導(dǎo)致泄水建筑物被不斷侵蝕破壞,且振動(dòng)破壞的維修費(fèi)用可能很高。高速水流自摻的空氣往往難以擴(kuò)散到底部或者邊壁,工程上常常采用摻氣設(shè)施進(jìn)行強(qiáng)迫摻氣或者采用抗蝕能力較強(qiáng)的材料,并同時(shí)嚴(yán)格控制過(guò)流壁面平整度,李建中等[1]研究表明:高強(qiáng)度抗沖刷耐磨混凝土材料的選擇、配比、施工工藝以及過(guò)流面平整度的較好控制是減小空蝕破壞的方法之一。對(duì)于摻氣設(shè)施而言,摻氣減蝕具有工藝簡(jiǎn)單、工程量小、減蝕效果明顯的特點(diǎn),具有很高的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,因此摻氣減蝕的研究一直是高速水力學(xué)研究的關(guān)鍵課題。

對(duì)于摻氣減蝕的機(jī)理而言,蔣買勇[2]研究表明:當(dāng)泄水建筑物近壁處摻氣濃度(體積分?jǐn)?shù),下同)達(dá)1.5%～2.5%時(shí),高速水流過(guò)流面的空蝕破壞程度顯著減輕;當(dāng)近壁處摻氣濃度達(dá)7%～8%時(shí),混凝土試件基本無(wú)空蝕現(xiàn)象。楊永森等[3]認(rèn)為摻氣槽過(guò)流的摻氣存在兩種機(jī)理,即水舌氣水界面紊動(dòng)交換作用摻氣和沖擊射流的局部摻氣兩種。不管摻氣機(jī)理如何,要有效地減免空蝕破壞必須使水流達(dá)到一定的摻氣濃度,泄水建筑物近壁處的摻氣濃度值也成為摻氣減蝕的可靠指標(biāo),如何讓過(guò)流邊壁保持一定的摻氣濃度是摻氣減蝕研究的關(guān)鍵。

雖然摻氣濃度成為摻氣減蝕的重要指標(biāo)已經(jīng)獲得相關(guān)研究群體的普遍認(rèn)可,但相關(guān)學(xué)者又提出了水流局部摻氣濃度才是制約空蝕破壞的關(guān)鍵,例如張法星等[4]研究認(rèn)為以總平均摻氣濃度作為減蝕效果指標(biāo)的做法不完全合理,過(guò)流面附近的局部摻氣濃度、氣泡的概率分布是更重要的指標(biāo)。因此,如果能更清晰地得到整個(gè)斷面摻氣濃度的分布規(guī)律,也就可以更清晰地分析過(guò)流面附近的局部摻氣濃度,進(jìn)而可以更準(zhǔn)確地確定摻氣保護(hù)長(zhǎng)度。

在實(shí)際水電工程中,溢洪道或泄洪洞底板往往含有反弧段,反弧段的摻氣減蝕特性比直段要復(fù)雜且研究相對(duì)較少。劉超等[5]認(rèn)為提升反弧段上游摻氣坎的摻氣能力,一定程度上可以改善反弧段下游邊墻的摻氣效果,但是摻氣設(shè)施與摻氣濃度之間的定量關(guān)系難以確定。龐昌俊等[6]對(duì)明流泄洪洞的摻氣設(shè)施布置為:在反弧段上游設(shè)置一道摻氣坎,防止反弧段的空蝕破壞,在反弧段末端設(shè)置另一道摻氣坎以保護(hù)緊鄰反弧段的下游直段。劉超等[7]認(rèn)為:龍?zhí)ь^泄洪洞的反弧段末端摻氣坎后空腔段水流動(dòng)水壓強(qiáng)小、水流空化數(shù)低,容易出現(xiàn)空化現(xiàn)象,且容易形成較大范圍的摻氣盲區(qū),因此反弧段末端的側(cè)壁容易發(fā)生空蝕破壞。楊永森等[8-9]認(rèn)為反弧段的水流受到離心力的作用,影響了動(dòng)水壓強(qiáng)分布,由于壓力梯度的變化使反弧段前半段邊界層變厚,反弧段后半段邊界層變薄并且在末端達(dá)到最薄,水流近壁切應(yīng)力最大,在反弧段末端容易形成空蝕破壞。

鑒于含有反弧段的泄槽中摻氣減蝕特性復(fù)雜,且相關(guān)研究較少,本文通過(guò)含有反弧段的泄槽模型試驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)研究。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上,采用了5級(jí)水深的全斷面摻氣濃度采集方法,可更清楚地分析摻氣濃度的局部分布規(guī)律,并以摻氣坎體型、反弧段邊界條件的變化分析摻氣濃度的影響規(guī)律,使摻氣減蝕能夠更好地應(yīng)用于具有反弧段復(fù)雜邊界條件的泄水建筑。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皽y(cè)點(diǎn)布置

如圖1所示,試驗(yàn)泄槽由上游直段、反弧段和下游直段3部分構(gòu)成,用有機(jī)玻璃制作,其斷面為矩形,寬20 cm、高15 cm。上游直段泄槽底坡固定不變,底坡角α=45°。反弧段與上、下游直段相切,分別采用反弧半徑R=0.6 m、0.9 m、1.2 m共3種尺寸的反弧段,其圓心角φ均為35°。周菊華[10]等普遍認(rèn)為,尺寸合適的挑流底坎易于形成穩(wěn)定空腔,而過(guò)大的底坎容易造成擾動(dòng)水面,水舌回落沖擊力較大。跌坎雖然對(duì)水面擾動(dòng)較小,但有時(shí)不易形成穩(wěn)定空腔,因此本試驗(yàn)在試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)置上,為了能獲得穩(wěn)定的摻氣空腔,采用了在泄槽底板設(shè)置挑流底坎的方法。楊永森等[11-12]對(duì)摻氣體型的優(yōu)化研究結(jié)果表明,摻氣坎坡比應(yīng)為1∶5～1∶15,坎高應(yīng)為5.1～8.5 cm。根據(jù)來(lái)流及泄槽條件,試驗(yàn)采用3種摻氣坎高度(Δ=1cm、2cm、3cm),其坡比i均為1∶9,即挑角θ=6.34°。摻氣坎布置在上游直段泄槽底板,其位置固定不變,末端距反弧段起點(diǎn)的距離L0= 80 cm。圖1中A為泄槽兩側(cè)設(shè)置的通氣孔面積,為了保證在摻氣坎后有足夠的通氣量以達(dá)到最佳摻氣效果,根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試,選定摻氣坎后邊墻通氣孔面積A=176.6 mm2。

圖1 試驗(yàn)裝置以及測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)布置示意圖

本試驗(yàn)主要測(cè)量的水力參數(shù)為摻氣濃度。測(cè)量?jī)x器為CQ6-2005型摻氣濃度儀,該儀器只有一個(gè)獨(dú)立測(cè)量探頭,采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,分辨率為0.1%,測(cè)量范圍為0.0%～100.0%。濃度測(cè)量方法為:直接將儀器探頭對(duì)泄槽各水深測(cè)點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)實(shí)測(cè),然后對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行整理、分析。測(cè)點(diǎn)布置如下:以摻氣坎底部末端為原點(diǎn),垂直于泄槽為y軸,沿著泄槽底邊壁為x軸,在x軸上每間隔10 cm設(shè)置沿程觀測(cè)點(diǎn);對(duì)于每個(gè)斷面水深,由水流底面至水流表面依次設(shè)置5級(jí)水深測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)1～5水深y與實(shí)際水深h之比y/h=0.05、0.25、0.50、0.75、0.95。

1.2 來(lái)流條件

泄槽的下泄水流,在保證有足夠大的水流流速的同時(shí),也應(yīng)該保證下泄水流流態(tài)穩(wěn)定、不發(fā)生濺射、易于測(cè)量。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試,本試驗(yàn)采用Q=45 L/s的下泄流量作為來(lái)流條件可以滿足上述條件。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 坎后摻氣濃度沿程分布規(guī)律

當(dāng)流量Q=45L/s、摻氣坎高度Δ=3cm時(shí),摻氣坎后相對(duì)水深y/h=0.05、0.50、0.95的實(shí)測(cè)摻氣濃度c沿程變化如圖2所示。

圖2 不同相對(duì)水深摻氣濃度沿程分布

a.當(dāng)y/h=0.95(近表水深測(cè)點(diǎn))時(shí),摻氣濃度沿程變化規(guī)律是在較高的濃度處上下浮動(dòng),且浮動(dòng)很小,后緩慢衰減,但始終不會(huì)衰減為0。其原因是:①在坎后挑流水舌段,水流近表面的摻氣濃度基本呈平緩波動(dòng)且未發(fā)生明顯衰減;②在水舌落點(diǎn)附近由于水流紊動(dòng)作用的增強(qiáng),水流近表面的摻氣濃度還有一定程度的增加;③隨著流程的增大,到x＞140 cm時(shí),水流流出反弧段,由于泄槽坡比減小,且底部補(bǔ)給的氣體沿程逐漸從水面溢出,所以水流近表面的摻氣濃度開(kāi)始沿程衰減,且相對(duì)于上游段衰減較快;④x≥190 cm后,摻氣濃度衰減趨于平緩。由于表面自摻氣一直存在,因此該近表面測(cè)點(diǎn)的摻氣濃度始終不會(huì)衰減為0,大致保持在30%左右。

b.當(dāng)y/h=0.50(中間水深測(cè)點(diǎn))時(shí),摻氣濃度沿程變化規(guī)律為從0開(kāi)始迅速增大,達(dá)到峰值后先在x=50～80cm區(qū)間急劇下降,隨后緩慢衰減,最終逐漸衰減為0。其原因是:①在坎后挑流水舌段,水舌上下表面的摻氣還未到達(dá)水舌中部,因此摻氣濃度很小(基本為0);②隨著流程的增大,在底部強(qiáng)迫摻氣和表面自摻氣共同的擴(kuò)散作用下,摻氣濃度在x=10～50 cm區(qū)間迅速增大,并在x=50 cm左右到達(dá)最大值;③水流離開(kāi)摻氣空腔區(qū)后,進(jìn)入摻氣耗散區(qū),不再獲得摻氣補(bǔ)給,只有水流紊動(dòng)產(chǎn)生的自摻氣,而氣泡的密度遠(yuǎn)低于水流,導(dǎo)致氣泡的運(yùn)動(dòng)方向自底向上,表面自摻氣的氣泡很難進(jìn)入水流的中下部,因此,摻氣濃度在x=50～80 cm區(qū)間急劇下降;④在x≥80 cm后,摻氣濃度緩慢下降,水流依然沒(méi)有空腔的摻氣補(bǔ)給,只有水流紊動(dòng)產(chǎn)生的微弱自摻氣,但這些摻入的氣體很難補(bǔ)給到水流的中下部,因此水深中部摻氣濃度表現(xiàn)為緩慢衰減,最終在下游直段(x＞200 cm)衰減為0。

c.當(dāng)y/h=0.05(近底水深測(cè)點(diǎn))時(shí),摻氣濃度沿程變化規(guī)律是先在較高的濃度處上下浮動(dòng),且浮動(dòng)很小,在x=50～70 cm區(qū)間急劇下降,后緩慢下降,并在反弧段末端(x=140 cm)時(shí)基本衰減為0。其原因是:①在坎后挑流水舌段,水流處于摻氣空腔區(qū)域,底部強(qiáng)迫摻氣處于主導(dǎo)作用,摻氣濃度較高且穩(wěn)定;②隨著流程增加,水流離開(kāi)摻氣空腔區(qū)域后完全進(jìn)入摻氣耗散區(qū),將不再獲得摻氣補(bǔ)給,而水流表面紊動(dòng)產(chǎn)生的自摻氣很難進(jìn)入水流的底部,因此,摻氣濃度在x=50～80cm區(qū)間急劇下降;③隨著流程的增大,水流進(jìn)入反弧段,離心力加劇了氣體向外的擴(kuò)散作用,近底水流的摻氣濃度在反弧段內(nèi)(x=130 cm)就已經(jīng)衰減為0。

2.2 上游直段摻氣濃度分布規(guī)律

當(dāng)Q=45L/s、i=1∶9和Δ=1cm、2cm、3cm時(shí), x=20 cm、40 cm、60 cm、80 cm斷面的實(shí)測(cè)摻氣濃度與相對(duì)水深的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 上游直段摻氣濃度與相對(duì)水深的關(guān)系

a.當(dāng)x=20 cm時(shí)(圖3(a)),由于水流剛越過(guò)摻氣坎,處于挑流水舌區(qū),水舌上緣與空氣接觸,下緣與空腔接觸,在底部強(qiáng)迫摻氣和表面自摻氣共同作用下,近表水深(y/h=0.95)和近底水深(y/h=0.05)附近獲得較多的摻氣,摻氣濃度較大;由于摻氣還沒(méi)有完全擴(kuò)散到水舌中部(y/h=0.5),因此該處摻氣濃度較小,所以在整個(gè)斷面上,摻氣濃度分布呈現(xiàn)底部和表面大、中間小的規(guī)律。對(duì)不同的摻氣坎高度,基本呈現(xiàn)出隨坎高增大而增大的規(guī)律。隨著坎高的增大,水舌與底板形成的空腔體積也越大,形成對(duì)水舌的補(bǔ)氣渠道自然也就更大,那么水舌獲得的摻氣就會(huì)越多,摻氣濃度也隨之增大。

b.當(dāng)x=40 cm時(shí)(圖3(b)),與x=20 cm斷面所不同的是,除了Δ=1 cm外,水舌中部的摻氣濃度增大,且沿水深方向,摻氣濃度雖然仍然呈上下表面附近大、中間小的規(guī)律,但其分布已較為均勻。由于Δ=1 cm的摻氣空腔相對(duì)較小,水流底部摻氣不充分,底部摻氣較微弱而表面自摻氣占主導(dǎo)作用,故摻氣濃度分布規(guī)律呈現(xiàn)自底而上逐漸變大的規(guī)律。

c.當(dāng)x=60 cm、80 cm時(shí)(圖3(c)(d)),3種坎高的水流都完全離開(kāi)摻氣空腔區(qū)間,跌落到泄槽底板上。這兩個(gè)斷面的表面自摻氣占主導(dǎo)作用并且相對(duì)穩(wěn)定,隨著重力作用以及擴(kuò)散作用,底部摻氣濃度是隨之逐漸衰減的,呈現(xiàn)自底而上逐漸變大的規(guī)律。此外,從圖3(c)(d)可以看出坎高是直接影響摻氣濃度的關(guān)鍵因素,摻氣濃度隨著坎高的增高而增大。

2.3 反弧段摻氣濃度分布規(guī)律

2.3.1 x=100 cm斷面處摻氣濃度分布規(guī)律

當(dāng)Q=45 L/s、Δ=3 cm、i=1∶9和R=0.6 m、0.9 m、1.2 m時(shí),x=100 cm斷面(反弧段內(nèi))實(shí)測(cè)摻氣濃度與相對(duì)水深的關(guān)系曲線見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn),水流在通過(guò)該反弧段時(shí),反弧半徑大小對(duì)摻氣濃度的分布有顯著影響,摻氣濃度隨反弧半徑的減小而減小,摻氣濃度在反弧半徑較小的斷面衰減較為劇烈,隨著反弧半徑的增大,摻氣濃度的衰減速率逐漸降低。原因?yàn)?在來(lái)流條件一致的情況下,水流在通過(guò)不同半徑反弧段時(shí),反弧半徑越小,受到的離心力越大,摻雜在水流中的氣泡由于相對(duì)密度較低,越大的離心力促使氣泡越易消散。另一方面,在離心力的作用下,流場(chǎng)流速重新分布,底面流速增大,沿程壓力梯度也增大,使得摻氣濃度降低,容易引起空蝕破壞。

圖4 x=100 cm斷面摻氣濃度與相對(duì)水深的關(guān)系

2.3.2 反弧段摻氣濃度沿水深分布規(guī)律

圖5為Q=45L/s、Δ=3cm、i=1∶9和R=0.9 m、1.2 m時(shí),x=80 cm、110 cm、130 cm斷面處實(shí)測(cè)摻氣濃度與相對(duì)水深的關(guān)系。不同半徑的反弧段,由于摻入水流中的空氣沿程不斷地溢出,因此反弧段內(nèi)摻氣濃度的變化規(guī)律都是沿程遞減的,且自水流底部至水流表面呈遞增式變化。

圖5 反弧段摻氣濃度與相對(duì)水深的關(guān)系

2.4 下游直段摻氣濃度分布規(guī)律

圖6為Q=45L/s、Δ=3cm、i=1∶9和R=0.6 m、0.9 m、1.2 m時(shí),下游直段(x=150～230 cm)斷面平均摻氣濃度c(5個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)摻氣濃度的平均值)沿程分布。如圖6可見(jiàn):3種半徑的下游直段水流的平均摻氣濃度都是沿程逐漸減小的,并且反弧半徑越小,下游直段水流的平均摻氣濃度也越小?？梢?jiàn)反弧段反弧半徑的大小不僅對(duì)反弧段內(nèi)水流摻氣濃度有影響,而且對(duì)下游直段水流的平均摻氣濃度也有顯著影響,因此當(dāng)反弧段的反弧半徑過(guò)小時(shí)將會(huì)縮短摻氣設(shè)施的有效保護(hù)長(zhǎng)度。

圖6 下游直段平均摻氣濃度沿程分布

圖7為Q=45L/s、Δ=3cm、i=1∶9和R=0.9m時(shí),下游直段泄槽不同水深處(y/h=0.50、0.75、0.95)實(shí)測(cè)摻氣濃度沿程變化情況(由于y/h=0.05、0.25時(shí)摻氣濃度極小,幾乎為0,在圖中未畫出)。由圖7可見(jiàn),即使位于水深中部(y/h=0.50),摻氣濃度都很小,且當(dāng)x＞190 cm后水深中部的摻氣濃度為0。只有y/h=0.75、0.95時(shí),摻氣濃度才相對(duì)較大,且y/h=0.75時(shí)沿程衰減也較快;y/h=0.95近表水深時(shí),摻氣濃度衰減較為平緩,并且處于高位變化,主要為水面自摻氣所致。圖7說(shuō)明在該試驗(yàn)條件下,R=0.9 m的下游直段泄槽的近底壁水流摻氣濃度已很小,對(duì)減免泄槽的空蝕破壞是不利的。

圖7 下游直段摻氣濃度沿程分布

3 結(jié) 論

a.不同水深摻氣濃度沿程變化規(guī)律不同:①近表水深摻氣濃度高位平緩,緩慢衰減,最終不會(huì)衰減為0;②中間水深摻氣濃度先增大后減小,起始濃度較大,最終會(huì)逐漸衰減為0;③近底水深摻氣濃度先增大后減小,起始濃度為0,最終會(huì)逐漸衰減為0。

b.摻氣坎后斷面摻氣濃度分布規(guī)律不同,摻氣濃度在橫斷面先呈現(xiàn)底部和表面大、中間小的分布規(guī)律,后呈現(xiàn)自底部至表面逐漸增大的規(guī)律。

c.摻氣坎高度和反弧半徑對(duì)摻氣濃度有一定的影響:①摻氣濃度隨著摻氣坎高度的增大而增大;②反弧半徑越小,摻氣濃度的衰減越劇烈;③適當(dāng)提高摻氣坎的高度和反弧段的半徑對(duì)增長(zhǎng)摻氣設(shè)施的有效保護(hù)長(zhǎng)度是有利的。

[1]李建中,寧利中.高速水力學(xué)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1994:12.

[2]蔣買勇.結(jié)合工程實(shí)例淺談高速水流泄水建筑物抗空蝕破壞措施[J].湖南水利水電,2011(3):10-12. (JIANG Maiyong.Measures used to protect drainage buildings from high speed flow cavitation erosion with project case[J].Hunan Hydro&Power,2011(3):10-12. (in Chinese))

[3]楊永森.挑坎摻氣槽過(guò)流空腔區(qū)摻氣特性的研究[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,1994,9(1):71-77.(YANG Yongsen.Aerator character of free jet above the cavity zone oframp type aeration device[J].Journalof Hydrodynamics,1994,9(1):71-77.(in Chinese))

[4]張法星,許唯臨,朱雅琴.空蝕沖擊波模式下氣泡尺寸在摻氣減蝕中的作用[J].水利水電技術(shù),2005,36 (10):5-7.(ZHANG Faxing,XU Weilin,ZHU Yaqin. Effects of bubble size distribution on aeration for cavitation alleviation under cavitating shock wave[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2005,36(10):5-7.(in Chinese))

[5]劉超,張光科,馮凌霄,等.泄洪洞反弧段上游摻氣坎對(duì)反弧段下游側(cè)墻的減蝕作用[J].水利水電科技進(jìn)展, 2007,27(1):46-50.(LIU Chao,ZHANG Guangke,FENG Lingxiao,et al.Effect of upstream aerator in ogee section of spillway tunnel on cavitation alleviation of downstream sidewall[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2007,27(1):46-50.(in Chinese))

[6]龐昌俊,苑亞珍.大型龍?zhí)ь^明流泄洪洞的體形設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電,1992(8):23-28.(PANG Changjun, YUAN Yazhen.The type design of huge longtaitou flow in openairflooddischargingtunnel[J].Hydraulic Electrogenerating,1992(8):23-28.(in Chinese))

[7]劉超,楊永全,泄洪洞反弧末端摻氣減蝕研究[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展:A輯,2004,19(3):375-382.(LIU Chao,YANG Yongquan.Study on air entrainment to alleviate cavitations at the end of anti-arc in spillway tunnel[J].Journal of Hydrodynamics:Ser A,2004,19 (3):375-382.(in Chinese))

[8]楊永森,吳持恭.明流隧洞反弧段水力及空化特性研究[J].成都科技大學(xué)學(xué)報(bào),1991(3):21-29.(YANG Yongsen,WU Gongchi.The research on ogee section on free flow tunnel hydraulic and cavitation characteristics [J].Journal of Chengdu University of Science and Technology,1991(3):21-29.(in Chinese))

[9]胡明龍.壓力梯度區(qū)空化特性試驗(yàn)研究[J].水利水電科技進(jìn)展,1996,16(4):36-40.(HU Minglong.Experimental studyonthepressuregradientzonecavitation characteristics[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,1996,16(4):36-40.(in Chinese))

[10]周菊華.水工建筑物摻氣減蝕設(shè)施近況簡(jiǎn)介[J].云南水電技術(shù),1991(2):14-19.(ZHOU Juhua.The brief aeration in cavitation-protection introduction of hydraulic structurewithrecentdevelopments[J].Yunnan Hydropower Technology,1991(2):14-19.(in Chinese))

[11]楊永森,楊永全.摻氣減蝕設(shè)施體型優(yōu)化研究[J].水科學(xué)進(jìn)展,2000,11(2):144-148.(YANG Yongsen,YANG Yongquan.Optimum shape if the prototype spillway chute aerator[J].Advances in Water Science,2000,11(2): 144-148.(in Chinese))

[12]王海云,戴光清,張建民,等.高水頭泄水建筑物摻氣設(shè)施研究綜述[J].水利水電科技進(jìn)展,2004,24(4):46-48.(WANG Haiyun,DAI Guangqing,ZHANG Jianmin,et al.Review of the study of aeration facilities for high water head discharge structures[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2004,24(4):46-48.(in Chinese))

Experimental study on the distribution of air concentration in flow after bottom aerator//

MA Guanbo,XU Yimin, QIAO Liang,RONG Yan
(Faculty of Electric Power Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)

Setting an aerator on the chute contained ogee section is an important subject of cavitation erosion.The distribution of air concentration in flow after bottom aerator still a challenge task and relevant research results are quite limited.In order to explore the distribution of air concentration on straight section after aerator,ogee section,and straight section after ogee section on chute,we use the chute with ogee section to set up an experiment.By doing it so,different size of aerator with different radius of ogee section have been tested,measured rand analyzed.The overall experiment results show that when other conditions remain unchanged,the air concentration in the flow increases with the increase of aerator’s height and decreases with the decrease of the anti-arc radius of the chute.According to the air concentration in the flow,the length of protective segment of the chute may vary with aerator’s height and the radius of anti-arc of the chute.To some extent,increasing aerator’s height and the anti-arc radius of the flow chute can prolong the length of protective segment.

chute;aerator;ogee section;high-speed flow;cavitation erosion;air concentration;high dam

TV131.3+4

:A

:1006-7647(2014)05-0012-05

10.3880/j.issn.1006-7647.2014.05.003

2013-0802 編輯:熊水斌)

國(guó)家自然科學(xué)基金(51069002,51269005)

馬關(guān)博(1988—),男(回族),云南昭通人,碩士研究生,主要從事工程水力學(xué)研究。E-mail:49017900@qq.com

徐一民(1962—),男,云南昆明人,教授,博士,主要從事工程水力學(xué)研究。E-mail:yiminxu@sina.com