龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙掺气减蚀研究

论文摘要

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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 综述
• 1.1 空化空蚀研究现状
• 1.2 掺气减蚀研究现状
• 1.3 龙抬头泄洪洞掺气减蚀研究现状
• 1.4 本文研究的内容和方法
• 参考文献
• 2 龙抬头泄洪洞反弧段下游边墙易蚀原因分析
• 2.1 试验模型设计
• 2.2 试验结果
• 2.3 反弧段下游边墙易蚀原因
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3 反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀效果
• 3.1 反弧段上游掺气坎体型优化设计
• 3.2 试验结果
• 3.3 试验结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 泄洪洞侧墙的人工强迫掺气减蚀研究
• 4.1 强迫通气方案
• 4.2 试验成果及分析
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 5 反弧末端侧墙突缩突扩掺气减蚀试验研究
• 5.1 侧墙突缩突扩方案
• 5.2 试验结果
• 5.3 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 6 泄洪洞反弧末端侧墙突缩突扩数值模拟
• 6.1 紊流数学模型概述
• 6.2 水气分层两相流的k-ε紊流数学模型
• 6.3 网格划分及边界条件
• 6.4 数值模拟结果及分析
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 7 小底坡、低 Fr数泄洪洞掺气坎体型优化研究
• 7.1 小底坡低 Fr 数泄洪洞掺气坎研究现状
• 7.2 掺气坎体型优化目标
• 7.3 三维掺气坎方案
• 7.4 试验结果
• 7.5 试验结果分析
• 7.6 本章小结
• 参考文献
• 8 本文研究成果的工程应用
• 8.1 工程概况
• 8.2 二滩一号泄洪洞原设计体型和修复体型模型试验成果
• 8.3 二滩一号泄洪洞原设计体型和修复体型原型观测成果
• 8.4 本章小结
• 参考文献
• 9 结论
• 作者在读期间发表论文及参加科研项目情况
• 致谢