掺气减蚀

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空蚀掺气浓度的试验研究(

减免空蚀掺气浓度的试验研究*董志勇，居文杰，吕阳泉，丁春生（浙江工业大学建筑工程学院，杭州潮王路16号，邮编310032, E-mail: dongzy@bbb）摘要：本文在直流式水洞中用先进的量测仪器设备对减免空蚀的最低掺气浓度进行了系统的试验研究。

通过对不同掺气浓度、不同配合比砼试件的空化空蚀试验，提出减免空蚀最低掺气浓度与高速水流速度的关系，给出不同掺气浓度时空化区的流态，比较了空蚀区掺气与不掺气情形的时均压力，并系统地观察了空化空蚀噪声随掺气量的变化。

关键词：水力学；空化空蚀；掺气减蚀；最低掺气浓度An experimental study of air concentration to prevent cavitation erosionDONG Zhiyong, JU Wenjie, LU Yangquan, DING Chunsheng(Faculty of Civil Engineering and Architecture at Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, E-mail: dongzy@bbb)Abstract: Least air concentration to prevent cavitation erosion was experimentally investigated using non-circulating water tunnel. Three mixing proportions of concrete specimens were used for cavitation erosion with and without aeration. Relation between least air concentration to prevent cavitation erosion and flow velocity was developed. Flow regimes in cavitation region at different air concentration were observed in detail. Time-averaged pressures with and without aeration in cavitation erosion region were compared. And variation of cavitation noise with air concentration was systematically observed.Key words：hydraulics; cavitation; cavitation control by aeration; least air concentration1 前言随着我国水利水电事业的发展，高坝建设日益增多。

浅谈对三峡工程一点认识

四、水电站建筑物构成及布置
五、水力学有关问题
五、水力学有关问题
1. 泄水坝段旳整体水力学研究 2. 表孔、深孔、导流孔旳体型研究 3. 电站进水口研究 4. 厂、坝导墙水弹性力学研究 5. 深孔闸门止水问题
水力学有关问题
1. 泄水坝段旳整体水力学研究
整体水力学研究旳主要任务是，拟定枢纽总泄洪能力，分析与改善在后期导流提前发电期间和永久利用期泄洪坝段旳下游流态、消能防冲措施以及运营调度等问题。
气蚀
概括地讲，掺气减蚀旳基本原理就是在泄槽高速水流区设置掺气坎、槽，当水流经过掺气设施时产生分离，在其下游形成掺气空腔，在高速水流旳紊动作用下，迫使大量空气掺入水流中，对水流掺气，形成可压缩性旳水、气混合
体。当发电水轮机旳类型选择挑射水流重新回究竟板上时，水流中抉带了大量旳空气，致使近壁水层自然掺气。当近壁掺气浓度到达一定值时，在一段距离内旳泄水建筑物过流表面可降低或防止空蚀破坏。
蓄清排浑”旳方式得到基本处理。“蓄清排浑”就是利用三峡水库巨大旳入库水量，经过大坝设有旳２３个低高程、大尺寸旳泄洪深孔，在每年汛期水库水位维持在１４５米时，将大量泥沙由深孔泄洪排出库外，实现“排浑”；汛末，来水中含沙量降低，水库蓄水至１７５米旳正常蓄水位，实现“蓄清”。
八、三峡发电水轮机旳类型选择
三、大坝选址及类型
图.重力坝
图.拱坝图.拱坝工作原理
因为三斗坪坝址地形开阔，河谷宽达1000余m，右侧有中堡岛顺江分布，两岸谷坡平缓。基岩主要为前震旦纪斜长花岗岩，岩性均一、完整、力学强度高。
四、水电站旳构成建筑物
1、枢纽建筑物挡水建筑物：坝、闸泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、溢流坝过坝建筑物：过船、过木、过鱼 2、发电建筑物进水建筑物：进水口、沉沙池引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室厂区枢纽：主厂房、副厂房、变电站、开关站等

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响王才欢;侯冬梅;张晖;聂艳华【摘要】水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性.通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工.水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离.该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2017(048)023【总页数】6页(P74-78,88)【关键词】明流泄洪洞;水流掺气;异型鼻坎消能工;减阻增速效应;水舌挑距【作者】王才欢;侯冬梅;张晖;聂艳华【作者单位】长江科学院水力学研究所,湖北武汉430010;长江科学院水力学研究所,湖北武汉430010;长江科学院水力学研究所,湖北武汉430010;长江科学院水力学研究所,湖北武汉430010【正文语种】中文【中图分类】TV653向水流中掺气是高流速泄洪设施减免空蚀破坏最经济、最有效的工程措施之一。

水流掺气分为人工强迫掺气和水流自掺气两种；人工强迫掺气是利用固体边界的突变形成水流掺气空腔，射流水体与壁面碰撞后吸走空腔中大量的空气，其特点是掺气水流仅局限于空腔以下一定范围内，且沿程掺气浓度衰减很快；而水流自掺气是指明流泄槽(或泄洪洞)内流速达到一定程度后，大量空气自水面掺入到水流中，并向水流底部发展的过程，其特点是水流中的平均掺气浓度沿程逐渐增大，并最终形成掺气均匀流。

在高流速、长距离明流泄洪设施内，水流中掺入空气为其减免空蚀破坏带来了益处，是工程师们乐于看到的效果[1-2]。

猴子岩放空洞掺气减蚀措施研究

关键词：小底坡；掺气；局部加陡；模型试验；三维数值模拟
中图分类号：Ｔ１１３Ｖ３．
文献标识码：Ａ
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ｏ：０３６／．ｓ．００—１７．０００．４ｓ３９２１．１０４则设计，为正态模型，物理量的相似关系为长度比尺Ａ＝各
８方程为
＋
篆毒ｃ篝＋一譬＝［＋］簪ｃ：ｐ
（）４
式中：为时间；。ｔ “ 和分别为速度分量和坐标分量；ｚｐ４分别为密度、分子黏性系数；Ｐ为压力；ｋ为紊动能；为紊动能耗散率；
收稿日期：０ — ２１２９０—００
３数学模型
采用标准后ｓ紊流模型控制方程，Ｏ一ＶＦ法跟踪水气自由
１工程概况
猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县孔玉乡，
是大渡河水电规划“ 三库２２级 ” 的第９级电站，接丹巴梯级上
水电站，接长河坝梯级水电站。坝址处多年平均流量为７４下７
时间比尺Ａｒ＝ｘ．：５９、ｏ．２压强比尺ＡＰ：ＡＬ：３、５糙率比尺Ａ＝Ａ＝１８。．１模型采用透明有机玻璃制作，压力测量采用
测压管。计最大泄流量为１０８ｍ／。压段沿程布置了５设６ｓ无１个测点。
２物理模型
该放空洞具有高水头、底坡的特点。型按重力相似准小模
作者简介：刘军（９３）男。１８一，河北张家口人，士，硕研究方向为水工水力学。

国家开放大学电大水利水电工程建筑物作业3答案

国家开放大学电大水利水电工程建筑物作业3答案一、单项选择题试题1：( )是在坝趾下游设消力池、消力坎等，促进水流在限定范围内产生水跃，通过水流内部的旋滚、摩擦、掺气和撞击消耗能量。

标准答案1：底流消能试题2：( )是利用鼻坎将下泄的高速水流向空中抛射，使水流扩散，并掺入大量空气，然后跌入下游河床水垫后，形成强烈的旋滚，大部分能量消耗在水滚的摩擦中。

标准答案2：挑流消能试题3：( )适用于中、低坝或基岩较软弱的河道，高坝采用底流消能需经论证。

标准答案3：底流消能试题4：当空化水流运动到压力较高处，在高压作用下气泡溃灭，伴随有声响和巨大的冲击作用。

当这种作用力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便产生剥离状的破坏，这种破坏现象称为( )。

标准答案4：空蚀试题5：水流在曲面上行进，由于离心力的作用，或水流受不平整表面的影响，在贴近边界处可能产生负压，当水体中的压强减小至饱和蒸汽压强时，便产生( )。

标准答案5：空化试题6：高水头溢流坝为了防止空蚀破坏可以采取以下什么措施？( )。

标准答案6：设置掺气减蚀装置试题7：溢流坝下游反弧段的作用是( )。

标准答案7：使溢流坝面下泄的水流平顺地与下游消能设施相衔接试题8：溢流坝的工作闸门应满足( )。

标准答案8：动水中启闭试题9：溢流坝的检修闸门应能( )。

标准答案9：静水中启闭试题10：过堰水流约转90度后，再经泄槽泄入下游的岸边溢洪道，称为( )。

标准答案10：侧槽式溢洪道二、多项选择题试题11：关于消能工的设计原则，说法正确的有（）。

标准答案11：不产生危及坝体安全的河床冲刷或岸坡局部冲刷; 结构简单，工作可靠; 下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行; 尽量使下泄水流的大部分动能消耗于水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上试题12：拱坝常用的坝顶溢流方式有（）。

标准答案12：鼻坎挑流式; 自由跌流式; 滑雪道式试题13：常用的水闸闸孔形式有（）。

标准答案13：孔口型; 低实用堰; 宽顶堰试题14：常见的底流消能防冲设施有（）。

某水电站溢流坝陡槽高速泄流掺气减蚀试验

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
侧掺气设施下的水力学特性，以解决陡槽高速泄流情况下的空化空蚀问题。
１试验模型及试验方案
，收稿日期：修回日期：２０１２０３１３２０１２０４２５－－－－
）；）基金项目：国家自然科学基金资助项目（江苏省自然科学基金资助项目（５１１０９１４３ＢＫ２０１１１０９，：作者简介：赵业彬（男，硕士研究生，研究方向为水工水力学，１９８６Ｅ－ｍａｉｌｚｈａｏｅｂｉｎｒｆ６３．ｃｏｍ－）＠１ｙｇ
某水电站溢流坝陡槽高速泄流掺气减蚀试验研究
赵业彬１，徐艺绯２，骆少泽３，张陆陈３
（１．河海大学水利水电学院，江苏南京２１００９８；２．河海大学能源与电气学院，江苏南京２１００９８；）３．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９摘要：为有效解决陡槽高速泄流情况下的空化空蚀问题，借鉴二滩水电站＃１泄洪洞掺气坎的修复经验，通过国内某溢流坝陡槽段大比尺模型试验，研究了底掺气设施有无加设侧掺气坎的掺气空腔长度、掺气浓度、通气量等参数泄水陡槽加设适宜的侧掺气坎后，未影响底空腔的长度，有助于形成稳定完整的底空腔与流速的关系。结果表明，和侧空腔，且使水体掺气浓度及通气量显著增加，不仅避免了陡槽侧墙空蚀的发生，还可加强过流底板的保护作用。关键词：陡槽；高速泄流；掺气减蚀；模型试验；侧掺气中图分类号：ＴＶ６５１文献标志码：Ａ
墙突扩加凸型跌坎的三维掺气坎方案，有效地解决了水翅串顶及底空腔回水问题，掺气坎下游的泄洪洞底板和侧墙未出现明显的空蚀现象，起到本文借鉴二滩水电了预期的保护作用。鉴此，站１泄洪洞掺气坎的修复经验，通过国内某溢流坝陡槽段大比尺模型试验，比较分析了陡槽有无

高速水流

第一章一、填空题1、高速水流的研究可采用以下四种方法理论分析、试验研究、数值计算、原型观测。

二、名次解释高速水流；如果水流运动速度足够高，以至于水流紊动强烈和剧烈掺气，并可能导致空蚀破坏、结构振动、局部区域雾流强降雨、急流冲击波及滚波等现象的单独或综合出现，此时的水流称为高速水流三、问答题1、层流与紊流的本质区别是什么？1、紊流运动是由大小不等的涡体所组成的无规则的随机运动，其物理量(如流速、压强及温度等)存在脉动，即对时间和空间而言的不规则变化。

2、紊流的输运能力(用紊动黏性系数来表示)要比分子的输运能力大几个数量级。

3、紊流常在高雷诺数下发生，可将其视为层流的非稳定性发展，且紊流中通过小涡体的掺混运动造成很大的能量耗损。

2、与处于中、低速运动的水流相比，高速水流的流动特性有哪些新的变化？1、高速水流通常为复杂边界条件下的多相体系紊流2、高速水流与过流边界之间的相互作用更加突出3.高速水流中惯性力的作用更加突出3、高速水流存在哪些特殊的水力学问题，请简要说明。

1、高速水流的紊动与流激振动,由于高速水流的雷诺数很大，其内各种紊动尺度共存，水流紊动强烈，并有可能导致处于其中或构成其边界的结构物的振动甚至破坏2、高速水流的掺气, 高速水流内高强度紊动的存在是导致其内维持一定含气浓度的必要与充分条件3、高速水流的消能高水头泄水建筑物上的高速水流具有巨大的动能，如何将其进行有效的转化，使上、下游水流以适当的形式相衔接是水利水电工程中的重要问题之一4、空化空蚀高速水流通过泄水建筑物某些部位时，固壁常出现剥蚀甚至破坏现象。

5、高速水流的雾化高速水流的雾化对水利水电工程的安全运行具有潜在威胁，并有可能导致山体滑坡、中断交通及闪络跳闸等事故的出现6、急流冲击波与滚波急流冲击波是渠槽中因侧墙几何条件的变化而在水面形成的一种波4、高速水流的研究方法有哪些？理论分析、试验研究、数值计算、原型观测影响高速水流的因素很多，单纯的理论分析只能把握其主要影响因素。

国外泄水建筑物掺气减蚀研究

Ｊｎ，０８ｕ．２０
文章编号：００９３（０８０ —０１０１０ —８３２０）２００ —５
国外泄水建筑物掺气减蚀研究
王晓松，孙双科，夏庆福，海涛柳
（中国水利水电科学研究院水力学研究所，北京１０３）００８摘要：泄槽掺气设施是目前较为通用的工程减蚀措施，前人对其掺气机理与布置形式进行了大量的研究工作，中，其国外的工作侧重于机理研究，主要探讨空化空蚀的发生、水流的掺气过程及气体的逸出过程等，国内的工作则紧密结合工程实际，而
（ｉａＩｓｉｔＯｔｒＲｓｕｃｓａｄＨｙｒｐｗｅｓａｃ，ｅｉｇ００８Ｃｈｎ）ＣｈｎｕｔｕｅｔＷａｅｅｏｒｅｎｄｏｏｒｔＲｅｅｒｈＢｉｎ，１０３，ｉａｊ
ＡｂｔａｔＡｓｃｕｅａｒｔｒｉｈｕｒｎｅｓｂｅｅｇｎｅｉｇａｐｏｃｏｒｄｃａｉａｉｎｄｍａｅｒａｓｒｃ：ｈｔｅａｏｓｔｅｃｒｅｔｆａｉｌｎｉｅｒｐｒａｈｔｅｕｅｃｖｔｔａｇ，ｇｅｔｎｏ
ｓａｃｅｒｈ，ｏｔｍｕｄｓｇｆｃｕｅａｒｔｒａｄｃｖｔｔｎｐｏｅｔｎｐｉｍｅｉｎｏｈｔｅａｏｎａｉａｉｒｔｃｉ．ｏｏＫｅｒｓａｒｔｏｙｗｏｄ：ｅａｉｎ；ａｒｃｎｅｔａｉｎ；ｃｖｔｔｎ；ｆｅ－ｕｆｃ；ｔ — ｈｓｌｗｉｏｃｎｒｔｏａｉｉａｏｒｅｓｒａｅｗｏｐａｅｆｏ

《水工建筑物》复习资料(问答题部分)

机密等级：★★★06级水利水电工程专业《水工建筑物》复习资料（问答题部分）第一章绪论4、为什么要对水利枢纽和水工建筑物进行等级划分？等级划分的根据是什么？根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，等级划分分为几等几级？答：安全和经济是兴建水利工程要解决的根本问题，妥善解决水利工程安全和经济的矛盾，就是对水利工程进行等级划分。

水利水电工程根据其工程规模、效益及其在国民经济中的重要性划分为五等。

水利水电工程中的永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，根据其所属工程等别及其在工程中的作用和重要性划分为五级和三级。

5、不同级别的水工建筑物在哪些方面提出不同的要求？答：（课件上的答案）不同级别的水工建筑物在规划、设计、施工管理方面的要求不同，级别越高，要求越高。

主要表现为四个方面：抵御洪水的能力，结构的强度和稳定性，建筑材料，运行的可靠性。

（课本上的答案）为了使建筑物的安全性、可靠性与其在社会经济中的重要性相协调，在水工设计中，对不同级别的建筑物在下列几个方面应有不同的要求：（1）设计基准期。

它是研究工程对策的参照年限。

水工建筑物在设计基准期内应满足如下要求：①能承受在水工施工和正常使用时可能出现的各种作用（荷载）；②在正常使用时，应具有设计预定的功能；③在正常维护下，应具有设计预定的耐久性；④在出现预定的偶然作用时，其主体结构仍能保持必须的稳定性。

（2）抗御灾害能力。

如防洪标准、抗震标准、坝顶超高等、（3）安全性。

如建筑物的强度和稳定安全指标、限制变形的要求等。

水工建筑物的结构安全级别，应根据建筑物的重要性及其破坏可能产生后果的严重性而定，与水工建筑物的级别对性分为三级。

队友特殊安全要求的水工建筑物，其结构的安全级别应经专门研究决定。

（4）运行可靠性。

如建筑物的供水、供电、通航的保证率，闸门等设备的可用率等。

（5）建筑材料。

如使用材料的品种、质量及耐久性等。

第二章岩基上的重力坝１、重力坝的工作原理是什么？结合重力坝的工作条件，分析其优缺点和适用条件。

[156～165-95]水工(专题)模型试验规程

一九九五年七月二十一日
前言
水工专题模型试验规程
系根据水利部
技术监督委员会技监办
号文通知编制的
本规程主编单位中国水利水电科学研究院
本规程参编单位南京水利科学研究院长江科学院
规程编制工作自年月召开分工协调会到年月完
成规程报批稿约一年时间在编写过程中曾将规程和条文说
明征求意见稿发送有关规划设计科研院校等个单位征求意
本规程应遵循水工常规模型试验规程和有关标准
相似准则
模型应满足几何相似水流的运动相似和动力相似遵循佛劳德相似准则
模型与原型的水流空化数应相等模型空化水流不能满足雷诺相似律在满足水流流态相似的前提下仍能进行水流空化试验但应考虑比尺影响
试验设备与量测仪器
泄水建筑物的整体模型水流空化试验一般在减压箱内进行绕流体及局部模型水流空化试验一般在循环水洞或高压箱内
高度大于
侧壁需有足
够面积的透明观察窗
工作段附近的环境噪声宜小于
循环水洞质量应符合下列要求
工作段前后应有良好的收缩曲线和扩散曲线以保证工
作段内流速分布均匀水流来流紊动度宜小于
洞身内壁必须经防锈处理边壁表面平整光滑其自身
初生空化数应小于试验体的初生空化数
洞身密封性要好加压或减压之后维持恒定压力的时间
水流空化模型试验规程
总则
为统一水流空化模型的试验研究方法与技术要求提高试验研究成果的科学性准确性和可靠性特编制本试验规程
本规程适用于在减压箱循环水洞高压箱等专用试验设备中进行各类过流面和绕流体水流空化模型试验
水流空化模型试验应根据试验任务要求编写试验研究大纲包括工程或课题发展概况试验研究目的和要求工程设计方案和必备资料模型设计和试验研究方法试验设备和量测仪器试验研究进度计划预期成果目标及试验研究负责人和参加人员等

掺气减蚀设施空腔回水问题的试验研究

２８３９
深度ｄ与水流佛氏数的关系（２。图）
为了考察空腔积水深度与水流佛氏数的关系，图２绘出了当空腔末端射流冲击角０一定时，腔空
积水深度ｄ与水流佛氏数Ｅ之间的关系，中，、ｒ其左
⑥
２０ＳｉｅｈＥｇｇ０６ｃ．Ｔｃ．ｎｎ．
水利技术
掺气减蚀设施空腔回水问题的试验研究
张立恒许唯一临
（四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，成都６０６；１０５
ｈｙ９８０１＠ｙｈｏｃｒｅｉ０１１ａｏ．ｏｎ
响掺气减蚀设施掺气量的最重要的因素，以研究所掺气坎后空腔的水力特性，其是关于如何避免空尤腔回水影响的问题具有十分重要的工程价值。
水，但其研究是针对具体的工程模型进行一步的更为系统的因有
２００６年１月２日收到２国家自然科学基金（０３０４国家５５９６）杰出青年科学基金（０２９８资助５３５２）
维普资讯
１５期
张立恒，：等掺气减蚀设施空腔回水问题的试验研究
关键词
掺气坎
回水
冲击角文献标识码Ｂ
中图法分类号
Ｔ３．４Ｖ１１３；
在高速过流的泄水建筑物过流面上设置掺气
设施，使水流掺气，减免过流建筑物可能发生促以

苗家坝水电站左岸溢洪洞反弧段掺气减蚀试验

维普资讯
第３９卷第１２期２００８年６月文章编号：０１１９２０）２０４— ３１０ —４７（０８１一Ｏ６０
人民长江
ＹａｇｚＲｉｅｎｔｅｖｒ
ｖ０．９．１３Ｎｏ．２１
如如如空度时最容易发生空化，２出了凸体的空化云长度。表列
ｉ
能测出，然而该点的原型实测掺气度为４％。在模型试验中，１号掺气坎槽自然通气、号掺气挑坎２ｍ时掺气度较高，型观２模
测值达到２～３，％％考虑到模型缩尺效应，预计原型值可以达
模型试验主要进行了包括无掺气坎和有掺气坎两种情况的有关试验。对无掺气坎的试验主要是通过对不同的凸体高度，论证泄水建筑物的抗空化特性，从而确定设置掺气坎的必要性。
不平整度，这些施工不平整度是泄洪洞产生空蚀的重要原因。垂直升坎是最容易发生空化的凸体之一，这也是一种典型的凸
通过对有掺气坎的试验来确定掺气坎及体型的合理性和可行
性。．
§
斜井段、导流洞结合段以及消力挑坎组成。溢流堰后接 “ 抬龙头” 式无压斜井段，由于进口实用堰比结合段洞宽，故在斜井段
内以４２￣．９对称束窄成结合段洞宽，束窄前洞断面尺寸为１５ｍＸ１束窄后洞断面尺寸为１桩号溢０＋３．３４ｍ，２ｍＸ１ｍ，４０２４９ｍ至溢０＋４．４０８９８ｍ为渐变段，２长０ｍ。斜井段采用全断面衬砌，

论水工建筑物混凝土的腐蚀与防护措施

论水工建筑物混凝土的腐蚀与防护措施摘要：本文主要以水工建筑混凝土腐蚀的问题为基点，对水工建筑混凝土腐蚀的类型及成因进行简单分析，并简要介绍混凝土防腐蚀的常用措施，依此为基础探讨水工建筑物混凝土腐蚀的防护思路与策略。

关键词：水工建筑；混凝土；腐蚀；防护措施一、水工建筑物混凝土腐蚀的类型及成因分析整体来看，砂石与水流冲刷、风蚀、雨水冲刷等这些因素都是造成水工建筑物混凝土腐蚀的原因，但一般情况下，我们认为含有砂石的水流的冲击是腐蚀问题发生的最主要原因。

因此，从砂石、水流冲刷的角度上来看，水工建筑物混凝土腐蚀病害的常见类型主要有四种，即混凝土磨损、混凝土冲击、混凝土空蚀和混凝土激流震动破坏。

(一)混凝土磨损混凝土磨损是流经混凝土水工建筑物的水流中夹杂各种固体的颗粒，这些颗粒在水工建筑物的结构表面所发生的滚动、滑动与跳动等摩擦行为将直接造成混凝土的磨损。

这种含砂水流的磨损从本质上看属于水砂的二相流问题，当水流中的砂粒冲刷水工建筑的混凝土固体壁面的时候，会将一部分或者是全部的能量都传递至壁面的材料，这部分能量在壁面转化成为混凝土表面的变形能，造成混凝土的磨损。

(二)混凝土空蚀恒温状态下，液体用静力或者是动力的方式加压至某一程度便会出现充满气体或者是充满蒸汽的汽包出现，我们将这种现象称之为空化。

若液体流经区域的压强低于某个临界值，液体则会出现空化的现象，在低压区域空化的水流就会夹带大量空泡，直至流经下游区域压强相对较高的区域时，气泡会出现溃灭，并伴随约为700MPa的较大压强出现。

若气泡在水工建筑物结构边壁的表面或者是附近发生溃灭，则会对水工建筑物结构边壁的表面结构形成相对较大的冲击，进而造成对混凝土边壁的破坏，引发空蚀病害的出现。

(三)混凝土激流震动破坏作为水利工程的重要组成部分，水工建筑基本都处于一种水流速度相对较快的水环境中，高速紊动强烈的水流，能够形成作用在水工建筑混凝土结构壁面的紊流脉动的较大压强，其合力则构成作用在机构壁面的激振力，而这种激振力则有可能造成过流边界结构的振动。

结合工程实例浅谈高速水流泄水建筑物抗空蚀破坏措施

存在贴壁流，有可能槽内积水。最终选定坎槽式掺气方案。
道坎槽式掺气设施：左岸泄洪洞在反弧段起点设一道坎
槽式掺气设施：右岸泄洪洞在斜坡段一道坎槽式掺气设施，平直段设突坎：４个溢流表孑分别在反弧起点设有一Ｌ道坎槽式掺气设施。洪水设计频率较低时，槽水深达泄５Ｉ，Ｉ除泄槽底部设有掺气设施外，面不再布置其它掺Ｔ壁气设施。该］程在高流速区反弧段和斜坡段，一每道掺气设
源点大部分位于高山峡谷中，该部分资源点的共同特点是：水建筑物高度较高。水建筑物泄流量大，下水挡泄上
头差大，流面流速高，多为流域的龙头水库或大江大过且河的上游水库。自２０世纪７０年代开始，国在贵州、我云南、广西等不
同地区，相继已建、建一批高水头电站，于２０Ｉ级高在对０ＴＩ
水头电站，水建筑物下游过流面水流流速高达５／，泄０ｍｓ
时均压力较低，易发生水流空化现象，起过流面空蚀极引破坏。其高流速泄水建筑物成功的减蚀措施除控制边壁
１高速水流泄水建筑物抗空蚀破坏的工程
实例
２０世纪７０年代修建的贵州乌江渡水电站，我国首是
２００２年开始兴建的贵州三板溪水电站．其堆石主坝最大坝高１７５ｍ，常蓄水位４５ｍ。泄水建筑物之一的８．正７开敞式溢洪道全程水平长６４８控制段长４泄槽８．ｍ，８７ｍ，

泄洪洞侧墙的人工强迫掺气减蚀研究

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泄洪洞侧墙的人工强迫掺气减蚀研究
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刘超，光碧，海云，张王邓军，永全杨
（川大学，川成都６０６）四四Ｉ１０５
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掺气减蚀简介

掺气减蚀简介1概述掺气减蚀措施最早应用于水力机械，在高水头泄水工程中的应用是在20世纪60年代开始的，美国的大古力坝(Grand Coulee Dam)泄水孔锥形管出口下游在屡次发生空蚀破坏后，设置了掺气槽，以后没有发生过空蚀破坏，掺气被证明是解决空蚀破坏的最有效的途径。

国内的第一个采用掺气减蚀设施的是冯家山水库的泄洪洞。

目前掺气减蚀已在溢洪道、泄洪洞、陡槽、闸下出流、竖井等高水头大单宽流量的泄水建筑物中得到广泛的应用，并取得了显著的减蚀效果和社会经济效益。

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，坝高不仅突破了200m，而且已进入300m量级，高水头、大流量泄水建筑物不断增多，与之相关联的脉动、振动、空化、空蚀、冲刷、雾化等一系列高速水力学问题日益突出，受到水利工程人员的广泛关注。

随着泄水建筑物水头越来越高，最大泄流速度高达40m/s，有的甚至超过50m/s，水流空化数大大减小，致使泄水建筑物的某些过流部位常常发生严重的空蚀破坏，空蚀破坏的强度大约与水流流速的5~7次方成比例。

空蚀不仅破坏泄流建筑物的过流表面，影响过流性能，降低泄流能力，严重时可导致泄流建筑物不能正常运行，甚至引起振动，导致工程破坏等。

总结目前泄水建筑物运行的成功经验，当过流表面的流速超过35m/s时，应设置掺气减蚀设施。

Peterka等的试验研究表明，向水流低压区通气是防止空蚀的有效方法。

当水中的掺气浓度达到C=1%~2%时，即可大大减轻固体边壁的空蚀破坏；当掺气浓度达到C=5%~7%时，空蚀破坏可完全消失。

还有一些研究表明，当水中近壁处的掺气浓度为C=1."5%~2."5%时，混凝土试件的空蚀破坏显著减少；当水中近壁处的掺气浓度达C=7%~8%时，则空蚀现象基本消失。

这是因为水中含气量较高时，增加了水气混合体的可压缩性，对气泡溃灭时所产生的冲击力起缓冲作用，减轻了它的破坏能力。

概括地讲，掺气减蚀的基本原理就是在泄槽高速水流区设置掺气坎、槽，当水流经过掺气设施时产生分离，在其下游形成掺气空腔，在高速水流的紊动作用下，迫使大量空气掺入水流中，对水流掺气，形成可压缩性的水、气混合体。

水工(专题)模型试验规程[SL156～165-95]条文说明

2中华人民共和国行业标准水工模型试验规程条文说明目次水流空化模型试验规程掺气减蚀模型试验规程水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程闸门水力模型试验规程热力模型试验规程航道水力模型试验规程船闸水力模型试验规程水电站有压引水系统模型试验规程施工导流模型试验规程施工截流模型试验规程溃坝模型试验规程滑坡涌浪模型试验规程水流空化模型试规程总则水流空化模型试验规程主要是针对在减压箱进局部模型高压箱或其他专用消能工水流空化特性试叶片和特种绕流体等的水流空化特性试验未涉及到与材料性能有关相似准则即说明各主要水力要素仍然符长度比尺流速比尺流量比尺时间比尺糙率比尺要求模即式中原型的大气压力原型水柱压力原型汽化压力模型应指明计算模型得出试验时减压箱为了寻求初生空化及探索空化变化的规律亦应考虑水质对水流空化的影试验设备与量测仪器必检定单位对设备的实际功能能否满足监测项目的测试要求检定周期一般为规格必须满足设备的技术要求具有经过国家或行业检定的合格量测仪器凡已成为商品出售的量测仪器均必单位自制或兄弟单位必须通过率定具有合格测量使用的一次仪表率定周期一般必须有经过国家或检定周期一般模型设计即使模型满足但当模型比尺选得过小因此在模型设计时尽可能应使其重点研究部位的水流流态满足雷诺数大于否则宜将重点研究部位置于循环水洞或高包括两层含意二是要求模型过流面材料糙率与原型相似过流面的糙率对高速水流边界层的发展和流态模型制作与安装总的来说减压模型试验的模型制作与安装与常但当模型置于减压与加压合一的设备中分别进行减压条件和加压条件试验时制作和安装方面试验内容与方法水中含气量随着变化但严格控制和测量应通过水使水流含气量达到最少再进行正水流空化试验如分但应以观测危害性较大采用超声波空穴对空化现象作出综资料整理与分析主要例如相应于工程设计和因为这种运行条件是否产以及其空化特征和演变情况应为报告编写重点是指在循环水洞或高压箱中进行局部模型试验情况一般在水洞或高压箱的模型水流多是二维因此对所提的水力参数同空化源对此应作出追踪性关于水流空化模型试验的缩尺影响尚无成熟的校正方原当工程泄水建筑物的水流只有在工程的水流空化数小于模型测得的初生空化数则必须探掺气减蚀模型试验规程总则掺气减蚀模型试验规程主要是针对高水头溢洪明流泄洪洞等明渠高速水流掺气减蚀设施选型的模本规程适用于常压和减压条件下的模型试验但当进行减压还应遵循的相似准则即表明各主要水力要素仍然符长度比尺流速比尺流量比尺时间比尺糙率比尺强调模型掺气坎处的水流速度大于主要是但对通气量提出具根据考虑校正缩尺影试验设备与量测仪器所提出的专用试验设备并出具检定结果证检定周期一般为规格必须满足设备的技术要求自制的测车等控制设备量测仪器凡已成为商品出售的量测仪器均必单位自制或兄弟单位具有合格证书或相应的测量使用的一次二次和数据采集系统的仪表检定周期一般模型设计外对泄水建筑物过流面掺气减蚀设施的水力学模型试验的经验均认为当按佛劳德相似准则设计应使模型的水流速度大于需考将包括掺气坎置于对掺气坎其目的是为了以满足本规程其理由同的条文说是将掺气坎选型进行常压与减压条件下的对比试验重点是探明掺气坎用以提高掺气坎模型制作与安装制作与安装应注意事项提出一些要求主要目的是为了提高试验测试数据的精度试验内容与方法对同一工有条件时宜选掺气坎射流空腔对工程生产试验任务为掺气坎的选型和作坎下游掺气保护长度的分析论证宜重点测量坎通气管内的风速倘测流速分布有困难时如只测断面中间点根据原型观测资料的整理分析其经验总结认为则应将实测流速值乘系数来估算圆资料整理与分析但采用掺气坎其防蚀效果是为人们所公认的致于规程所指的资料整理主要是作为掺气坎体型优化及通气顺畅而足量为单宽通气量的掺气坎当作为收集与等其他能较科学地式中坎上平均水深报告编写主要是应用模型实测资料阐明和论证掺气坎通气和掺气效果目的是达到掺气坎特别是当模型比尺未满足条要求时对模型通气量引伸到以便原型合理选择通气管面积型通气管的风速应小于见是指当掺气坎还宜对防蚀的辅助措施水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程总则必要性是作为统一本行业的水流压力脉动和结构物流激振动模型试验研究概括起来有以下内容和项目堆石坝溢流面板和过水围堰面板水流压水跃消力塘底板水流压力脉动特殊消能工边壁水流压力脉动拱坝泄洪消能与坝体流激振动引水管道振动特别是结构物流激振动的模拟试验还不能对所有结构物的有些以强迫振动为主的项目配合数学模本条规定为某些类型的流激振动分析提供动水荷载试验本条要求每项试验研究使试验研本条说明本规程与工常规模型试验规相似准则水流压力脉动模型试验水流运动相似和动力相似遵循佛劳德模型定律压力脉动要素统计特征量的相似比尺与模型比尺关系为流速脉动比尺紊动强度比尺时间比尺压力脉动幅值比尺脉动频率比尺相关函数比尺谱密度比尺对于水流压力脉动频率的模型相似律其一由流体力学的基本方程出发导得相似模型律并和重即压力脉动的欧拉数和斯特劳哈尔分别为式中由式和式得压力脉动振幅比尺压力脉动频率比尺其二由原型观测和不同比尺的模型试验得出的经验模型律压力脉动振幅比尺压力脉动频率比尺因此得出的值也不尽相同大致上述情况表明而频率相但目前大多仍按式的相似比尺换应同时满足水力条件相似水力条件相似模型应满足本规程第条文说明和有关规定结构动力相似几何条件相似应满足建筑物原型与模型的几何尺寸和相应的位置相似结构物受力产生的应变和变位的比尺为式中物理力学条件相似应满足原型与模型结构材料的力学参数在线弹性范围内各参数的比尺为式中泊桑系数比尺运动条件相似应满足原型与模型结构的运动状态和产生运结构运动的微分方程可表示为原型模型式中结构的加速度列阵结构的速度列阵结构的位移列阵作用在结构上的动水脉动荷载列阵时间在一般的三维弹性体条件下单元刚度矩阵可写成其中是与坐标无关的量纲为为弹性系数矩阵则式中边界条件相似应满足原型与模型边界约束条件和受力条件模型中结构物边界约束条件参见本规程第按本规程第条相似准则流激振动试验一般应包括结构的模态试验和结构的动力响应结构的模态试验一般分为结构在空气中和在水中湿后者的试验在模结构的动力响应试验与模型比尺式中试验设备与量测仪器或结合局部模型进行压力脉动试验也可以按需要建造新试验设即且适合试验应用方可科学化对于量测一次仪器仪表的率定二次仪器仪表及采集系统的检定其周期一般为模型设计应按本规程的第条相似准局水工建筑物流激振动模型试验应按本规程第来选择模型类型要求对结构物制模材料的如不满足相似比尺的要求则应重新选择比在截取模型范围时应论证结构物边界约束条件在水工建筑物流激振动模型试验中结构物制模材料对于原型在一些试其主要力学弹性模量可以满足相似但制模材料的泊桑比和阻尼比不能达到相似对于其他制模材料在符合相似条件下也主要是地基模拟范围有的试验研究以进行自振模态分析计算和比较以截取本条要求在布置测点时应按照试验研究任务的特点和要求模型制作与安装是模型制造和安装的依据绘图和校核者均应可以采用短导应注意制模材料的力学参数和整体结构的相似传感器直接与在模型制作与安装完毕后依照图纸和要求进行检查和校试验内容与方法本条为试验前应做好的试验准备工作和应遵循的试验方在安排试验组压力脉动和流激振动均为随机过程数据采集一般可取采样间隔时间样本容量每个测点宜多于段样本以确保每个在每组次试验中宜进同资料试验资料整理与分析本条规定了压力脉动和流激振动试验数据处理的方法即这三条规定了压力脉动或流激振动试验必其他试验资料可按有关规报告编写模型设计和制数据采集和处理分别为脉动压力模型试验报告和振动模型试验报告应重点阐述的内容应就其对工程的影响作出明确的结论和提有关报告编写的其他要求应遵循模型试闸门水力模型试验规程总则必要性是目的本规程适用于水工建筑物各类闸门和阀门的水力模型试验对于进水口和闸室段门槽等的水流空化试验的有关试验技术与要求按闸门流激振动模型试验的有关试验技术与要求按以使试验研究程序规本条主要说明本规程与相似准则即满足几何相水流运动相似和动力相似遵循佛劳德模型定律其主要参数的比尺与模型几何比尺关系为流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺压强比尺功的比尺功率比尺闸门启闭力和通气量试验观测资料还不能按重力相似准则直接换算为原型值需采用试验与计算相结合来解决参见本规程第试验设备与量测仪器且需动态调控流量和对高水箱提出的四条要求这三条都是对试验量测仪表提出的要求即试验所使用仪器仪表均应有国家或行业技术监督部门颁发的合自行研制的仪表也均应经过相应技术监是使试验的对量测一次仪器仪表的率定二次仪器仪表及采集系统的检定其周期一般为模型设计按佛劳德模型定律应保证来流流态相似在截取模型范围时应包括闸室前后的有关建应根据试验任务要求和试但模型闸门宽不宜小于水头高模型比尺均应模拟闸门前来流流模型制造与安装是模型制造和安装的依为了避免制模和安装差错提出以保应根据试验任务的要求对于需观察水流流态部位为确保模型和试模型制造和安装完成后应依据设计图及要求进行校核和应遵循试验内容与方法包括试验用的量测仪表仪器要保持闸门启闭过程中库水位保持不变调节流量和平水栅来完成整个过程通气管风速量测如测管中心最大风速则应乘以系数闸门起闭缝隙应遵循资料整理与分析便于分析了解建筑物及布置下游以便得出门体总水压力的水平分量和垂绘制门井水位变化过程线一为闸门全开情况门井水位与库水位关系曲线二为在一定库水位下由于模型中的摩擦力很只供原型闸门的启闭力可采用试验与计算相结合的方法根据闸门启闭力计算公式式中和摩擦力当闸门为等速启闭或启闭加速度很小时总水压力的垂直分量在模型试验量测得和后再参照有关原型观测资料或经验取用如有亦可进行这样就可由式和式并绘制可用或用气水比并整理成与闸门不同开度的关系曲线模型一般是参照大量原型观测资料和系列试验研究提供的的关流量及内边壁压力分布并计算流量报告编写冷却水工程水力热力模型试验规程总则工业水的冷却按冷却机理一后者是各类冷却塔及喷水冷却其测试技术已另有规定本规程限于通过自由水面来本条强调在模型试验的规划设计中应编写试验研究大纲大纲内容大致与一般水工试验同唯对气象资料和环境水温属本本条说明本规程与的关冷却水模型试验与一般水工模型试验不同之处在于增加了温伴随相应如不考虑水体的温差效应与水气交面的热交换效应相似准则为欧拉数为压佛劳德数为重力与惯性力之比密度佛劳德数为浮力与惯性力之比傅里叶数贝克莱数为对流换热与分子传热之比上述相似条件包括了不少物理变量其比尺关系在各个相似条件中要求不尽在实践时必须根据试验的主要任务放弃或放松一些次要的可将模型大致分为两类一般是水库型或宜采用几何变态局部掺混与之相应的温度场宜采用几取水口包含在同一模型中受纳水域包括了排水的近区和远区热力上的因果因此模型的几何变态率要依据和权衡多方面因素来最终确冷却水模型的相似要求可参考表临界流量的含义为冷却水量超过此值后受纳水域的整体流态已不随流量包括水上地形和建筑物的几何相似风面热交换通量相似本条说明试验任务涉及其他有关问题时应补充由相应控制试验设备与量测仪器热力模注表中符号注脚指排水温度深流量的模型比尺为需要的最小模型水深模拟冷却水运动浮力效应的水体密度差是由水温差控制的水面散热系数也随气象条件而异热力相似模型试验的环境气象条根据目前仪表的测控水平提出允许偏差为最大不能超过潮汐发生及控制系统是用于控制模型开边界潮汐参数的专控制系统组成目前多采用计算机实时控管路等供回水设不包括含盐模型设计模型比尺的选定及最终依循的模型相似条件要根据试验研根据已有冷却水模型试验的实践经验将模型的分类及其相似要求列于表模型设计应综合考虑权衡参见如冷却水运动属平面流为节省试验费用水质要求的试验模型制作与安装试验内容与方法对非恒定流要实时除以上各条外试验内容和方法与水工模型试验要求相试验资料整理与分析对于相报告编写航道水力模型试验规程总则沙量少于要求各项试验任务都应编写试验大纲及大纲所包括的主要相似准则指出航道模型和船模所应遵循的相似准则和有关参以保证水流运动的相试验设备和量测仪器量测仪器单位自制或兄弟单模型设计航道宜采用整体正态模型原因一是整体正态模型能更正其二是应用自航船模的理论如模型比尺已定模型制作与安装船模如果是船试验内容与方法关于形试验分析结果表或作为形试验的典型代表较可采用航向改变性参数作为总操纵性相似参数它适用于有足够的航向稳回转性参数操纵过程都满足相似而且是安全的一般宜要求和符号和分别代表模型和原静水航速由船舶马力确定对岸航速舵角愈试验资料整理与分析此几条为航道水力模型试验应整理分析的主要资边界舵角过程线对岸航速过程线及漂角过程线报告编写性重点对船模航行中的航向改变性参数或回转性参数和航船闸水力模型试验规程总则必要性是目相似准则说明船闸水力模型试验应遵循佛劳德相似准则和要求各水力要素的比尺与模型几何比尺的关系为流速比尺流量比尺时间比尺糙率比尺力的比尺力矩比尺试验设备与量测仪器本条要求船闸模型试验应有相应的设备包括高水箱用于用于输水阀门空化试验宽玻璃水槽自行研量测仪器仪表的检定周期一般为本条要求船闸水力模型试验量测仪器的其他一般要求应按模型设计本条要求船闸水力模型试验应按本规程第工程规范及试验室条件合理选这三条是按一般试验指出不同试验宜采用的模型本条说明模型设计其他要求应按模型试模型制作与安装是对人字门动水阻力矩试验模型制作提出的特例要求这项工作需要电气和机械等多种专业人员的合作是为保证试验成果质量对模型安装精度和检查校安装及测量设备安装按试验内容与方法每测次重复三次试验资料整理与分析这四项内容概括了船闸闸室灌水的基本通常都绘制在同一张图上统称为闸室灌水水按水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程的前横向与后横向等三个方以论报告编写在很大程度上影此四条要求对船闸水力模型试验主要成果进行分对试验研究成果应有具体明确的水电站有压引水系统模型试验规程总则必要性是方法和依本条要求水电站有压引水系统模型试验必须编写试验大纲本条说明本规程与工模型试验规相似准则此两条为水电站有压引水系统模型试验应满足的试验设备与量测仪器此两条与对试验用的水箱提出的要求一般可采针一般采用可主要量测仪器均必须满足动态测量要求并采用同步测量记模型设计并采但由于引水管常常很长而洞径相采用正态模型有困难即引水管为保持调压井涌浪运动相似采用沃格特经模引水管长度比尺引水管管径比尺调压井高度比尺水流流速比尺水锤波速比尺发电流量比尺时间控制比尺涌波高度比尺水锤压力比尺模型制作与安装是用作调整闸门开度产生不同局部损失来补偿由于模型管长度模拟不够所引起的沿程制模材料根据过去经验制定的并不限制条文规定的精度要求是根据已有经验与保证试试验内容与方法试验方法可避免因温度和水质等环境因可通过同步记录下来的首尾端水锤压使为避免偶然误差规定每试验资料整理与分析报告编写这条是报告的重点应进行充分论证提出有说服力的结对方案比较若与数学模型相结合施工导流模型试验规程总则必要性是方法和依本规程适用于水利水电工程各类导流模型的水力试验研究概括有以下内容河床式导流一期围堰挡水期主河道导流二期围堰挡水期明渠导流或后期导流岸边式导流混围堰过水与隧洞结合的导流以使试验研究程序规本条主要说明本规程与的相似准则各水力要素的比尺与模型几何比尺的关系为流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺压强比尺糙率比尺雷诺数应大于试验设备和量测仪器本条主要说明导流模型试验可根据具体要求在试验或施这三条都是对试验用的量测仪表提出的要求即试验所使用的仪器仪表均应有国家或行业技术监督部门颁发的合格证自行研制的仪表也均应经相应技是使试对于一次量测仪器仪表的率定二次仪器仪表和采集系统的检定其周期一般为模型设计并选择适这条主要是对截取模型范围提出了要求以保证坝区及导量测建筑物过流面上的压力水头增大时的泄洪模型制作与安装是模型制造和安装的为了避免制模和安装发生差错结构物线条和尺寸应清晰可根据具体条件选用其本条要求在制模时本条要求按试验研究的需要其他有关量测仪表安装要求按模型试验试验内容与方法这三条是根据不同模型类型应观测或量测的主要内容试验量应注意以下几点通常在调好水位和流量后进行量测对水位和流以确保资料的可靠性并作记录和说明资料整理与分析绘制不同导流工程布置方案的坝区及束窄河道的流速分布图及流态情况便于分析和比较导流工程总体布置及水流条件的绘制不同导流工程布置方案的水位比较和确定导流工程的规比较和选闸和坝下游消能冲刷及流速分布图便于分用以分析通航条此条是为分析利用导流洞兼作施工期间漂木的可能性及其报告编写这六条都是试验研究的主要成果要求资料准确可靠施工截流模型试验规程总则必要性是方法和依规定本规程的适用范围为水利水电工程河道平堵截流和立使试验研究程序规范本条主要说明本规程与相似准则各水力要素的比尺与模型几何比尺的关系为流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺功率的比尺这三条是对抛投料抛投强度和进占方式的试验设备和量测仪器凡属市场购置且适合试验测方量测仪器仪二次和数据采集系统的检定周期一般为对截流模型及量测仪器的其他一般要求应按模型设计本条要求截流模型应按本规程第条相似准则进行设计并满足第本条提出应根据试验任务要求和试验室的条件综合考虑选当导流试验和截流试验在同一模型上进行时最终选择对人工预制的各种大型抛投料对堆筑体或戗堤所需的大一般这条要求按设计提供抛投料运输车辆载重情况及进占方式模型制作与安装应按。

水电站建筑物防止和减免空蚀的措施研究

水电站建筑物防止和减免空蚀的措施研究摘要：我国是世界上大坝数量最多的国家。

在水电站建筑物破坏中，泄水建筑物的损坏尤为普遍。

泄水建筑物不仅要承受上游来水的冲刷，还要抵抗下游来水的冲击，特别是高速水流的冲刷。

本文着重论述如何预防和减免水电站建筑物的空蚀。

关键词：水工建筑物；空蚀0引言空蚀破坏是泄水建筑物中常见的一种损伤现象。

据国内外有关资料显示，在12-15m/s的水流流速条件下，在闸门槽、泄洪建筑物的进水口、消力墩等部位，若与固体颗粒接触，极易发生绕流形成空穴，导致混凝土的空蚀破坏。

当流速大于18m/s时，即使是一般强度的混凝土乃至钢筋材料，也会受到空蚀破坏。

泄水建筑物中的空蚀破坏会对其过流表面产生破坏，从而影响建筑物的性能，使其泄流能力下降，严重威胁建筑物结构的安全运行。

1水工泄水建筑物的空蚀破坏国内外众多的工程实践表明，在高水头泄水建筑物的一些部位，由于设计不当或施工不当，往往会出现材料腐蚀。

在混凝土或金属等材料的表面，轻则会产生一些斑点凹陷，重则会产生蜂窝状甚至大洞，这就是所谓的空蚀现象。

泄水建筑物的空蚀损坏由多种因素造成，目前公认的成因主要有以下几种：①泄水建筑物外形设计不合理；②建设中的不平整度过大；③使用管理方法不合理；④以上各种因素的共同影响形成了空化水流，并导致空蚀损坏。

研究表明，空蚀是水体中空泡溃灭时产生的冲击力与物质材料对空蚀的抵抗作用强的综合结果。

空蚀的程度取决于水流的空蚀能力和物质材料的抗空蚀强度。

[1]。

2空蚀破坏的产生条件由初生空穴数和水流空穴数两个量来表示高速水流在建筑物中的某个位置上出现空穴现象时的空穴数。

式中为端面时均动水压力；为大气压力；为相应水温下的蒸汽压力；为水密度；为端面平均流速；为重力加速度。

当＜时、水流出现空穴现象。

有时候，因为在固体边界没有出现空穴溃灭，或者固体边界物质材料的抗空蚀能力不够强，所以尽管出现空穴，但并不必然出现空蚀损坏。

可见，出现空蚀的充分条件为：有高速的水流和出现空穴；空穴溃灭所引起的冲击载荷会对泄水建筑物侧墙产生作用，并超出边壁物质材料颗粒之间的内聚力。

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加强运行管理，改善运用条件，防止水流空化。
工程界认为：当水流空化数介于0.3～1.7时，应严格
控制不平整度；当介于0.12～0.3时，要采用掺气设施；
当小于0.12时应修改设计。
溢洪道设计规范规定：当水流流速超过35m/s时，应设置掺气减蚀设施。
2 掺气减蚀
1937年，Mousson使用文丘里管型空蚀试验装置发现使水流掺气可减轻空蚀破坏。
空化（Cavitation）：由于液体系统中的局部低压（低于相应温度下该液体的饱和蒸气压），使液体内部剧烈地产生空泡的现象。
空蚀（Cavitation Damage）：低压区空化的液体挟带着大量的空泡在流经下游高压区域时，空泡将发生溃灭。由于空泡在溃灭时产生很大的瞬时压强，当溃灭发生在固体表面附近时，液体中不断溃灭的空泡所产生的高压强的反复作用，可破坏固体表面。
1.2空化初生
空化的初生是空泡在极小区域内偶然初次出
现的非稳定状态。
空化初生的主要影响因素是压强和流速。因此，常采用两个无量纲数作为衡量实际水
流是否会发生空化的判断指标：
水流空化数

和初生空化数 i 。
水流是否发生空化，要视水流空化数而定，愈小愈易发生空化。当小到某一数值 i 时即开始发生空化， i 被称为初生空化数。 i 的大小随边壁条件而异，对于某种边界轮廓， i是一个固定数值。
2.3 掺气减蚀设施
掺气设施可分为两部分，一部分是使水流形成掺气空腔的掺气坎，另一部分是向空腔供气的进气系统。
（1）挑坎
（2）跌坎
（3）掺气槽
θ
Δ1
Δ2
（4）坎槽组合
（5）坎跌组合
（6）坎跌槽组合
θ
θ
θ
Δ2 Δ 1
Δ1
Δ3
Δ3 Δ2
Δ1
Δ3
（1）通气管
（2）通气槽
（3）边墙折流器
（4）边墙突扩
空化空蚀及减蚀措施
1891年 ——英国驱逐舰“达令号”在作高速试航时，螺旋桨推进器叶片被剥蚀；随后——发现水力机械（水泵、水轮机）的叶片上也有类似于螺旋桨上的剥蚀现象； 1935年——巴拿马麦登坝输水道进口发生严重空蚀，引起了水工建筑物行业的注意。
1 空化和空蚀概述 1.1空化和空蚀概念
掺气坎等形成的强迫掺气机理：
2.2 掺气减蚀机理
掺气降低水中声速，削减固壁面上的空化荷载。空泡溃灭压强与介质中的声速成正比，而介质的声速随掺气浓度的增加而迅速降低，当掺气浓度达到3％时，近壁空泡溃灭压强约缩小到1/60。
掺气增加水流含气量，提高水流空化数。掺气改变近壁泡的溃灭过程，减小固壁受力。近壁层的液体掺气后就象在固壁表面盖了一层刚性很小的可变形层，它对溃灭空泡有排斥作用，使其远离固壁，并使溃灭泡的微射流改变射向。
1960年，美国的大古力坝（Grand Goulee Dam）的
坝内泄水孔出口收缩段下游，空蚀破坏修复时设置了
掺气槽。
1972年，刘家峡右岸泄洪洞运行中产生空蚀破坏，我国随即开始了掺气减蚀的研究。 1975年，冯家山水库的泄洪洞为国内第一个采用掺气减蚀技术的泄洪工程。
2.1 掺气机理
由于掺气过程不同，水气二相流可分为自掺气和强迫掺气两种。关于自掺气机理，曾有三种不同的观点：表面波破碎理论，紊流边界层发展理论，及紊动强度理论。 1990年，吴持恭提成涡体理论。
（5）（1）----封闭式（2）～（5）----开敞式闸墩
2.4 掺气设施的水力特性指标空腔长度射流挟气量
掺气坎的有效保护范围
2.5 比尺效应
物理模型比尺较小，很难满足表面张力、粘性、糙率、气泡尺寸等方面的相似，模型中难以重演原型掺气水流的运动规律，从而产生比尺效应。
3 工程实例：二滩号泄洪洞
p pv 1 2 v 2
当
i时，不发生空化；当时，有空化发生。 i
1.3空蚀机理
冲击波和微射流理论
1.4 减免空蚀措施
优化过流边界体型，控制过流表面的不平整度，降低初生空化数。增强泄水建筑物过流壁面材料的抗空蚀性能。
掺气减蚀，即向可能发生空化的区域掺气，改变水流的物性，削减作用在固壁面上的空化荷载，降低空蚀率。