二滩水电站泄洪洞侧墙掺气减蚀研究

论文摘要

二滩水电站是中国在二十世纪建成的最大水电站,电站设有2条龙抬头式泄洪洞,单洞最大泄洪流量为3800m3/s,设计最大流速为45m/s。龙抬头式泄洪洞在水利水电工程中应用十分普遍,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、底坡小的特点,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。通过设置掺气设施,大多数龙抬头泄洪洞都较好地防止了空蚀破坏。然而,二滩1号泄洪洞在采用常规的掺气设施后,虽然有效地减免了反弧段本身及反弧段下游底板的空蚀破坏,但反弧段下游侧墙仍出现了空蚀破坏,严重影响工程的安全运行。通过大比尺的模型试验,研究了多种掺气减蚀方法,提出了解决高流速、大流量泄洪洞侧墙掺气减蚀方案。2005年,采用反弧末端上游侧墙突缩(侧墙贴角)加凸型跌坎的三维掺气坎方案,对二滩1号泄洪洞2号掺气坎体型进行了改造。随后的水力学原型观测表明,2号掺气坎区域水流掺气浓度增加,底板和侧墙脉动压力和空化噪声测值平稳,且在合理范围之内。通过连续2个汛期的运行试验和现场检查,改造后的2号掺气坎体型结构完好,下游未发现明显的空化气蚀现象,成功地解决了侧墙空蚀问题。本文在总结前人研究成果的基础上,结合大比尺的水力学模型试验成果,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;针对已运行工程的特点,介绍了几种可能的解决泄洪侧墙空蚀破坏的掺气减蚀方案;对比分析了二滩泄洪洞原设计体型和改造体型的模型试验及原型观测情况,介绍了研究成果在二滩工程中的应用情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 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 本文的工作内容
• 第二章 龙抬头泄洪洞反弧段下游侧墙气蚀原因
• 2.1 试验模型设计
• 2.2 反弧段下游边墙气蚀原因
• 2.3 小结
• 第三章 二滩水电站泄洪洞掺气减蚀措施研究
• 3.1 反弧段上游掺气坎对反弧段下游侧墙的减蚀研究
• 3.2 泄洪洞侧墙的人工强迫掺气减蚀研究
• 3.3 反弧末端侧墙突缩突扩掺气减蚀试验研究
• 3.4 小结
• 第四章 二滩水电站泄洪洞掺气坎体型优化研究
• 4.1 小底坡低Fr 数泄洪洞掺气坎研究现状
• 4.2 三维掺气坎方案
• 4.3 试验结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 二滩水电站一号泄洪洞改造及运行情况
• 5.1 工程改造概况
• 5.2 二滩一号泄洪洞原设计体型和改造体型模型试验成果比较
• 5.3 二滩一号泄洪洞原设计体型和改造体型原型观测成果比较
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 作者在读期间发表论文及参加科研项目情况
• 致谢
• 附表1 部分已建的大型龙抬头泄洪洞工程特性表
• 附图1 二滩一号泄洪洞掺气设施布置图（单位：m）
• 附图2 二滩一号泄洪洞掺气坎体型尺寸图（单位：m）