氣泡尺寸及其概率分布在摻氣減蝕中的作用

通過摻氣水流特性的水槽試驗、不同氣泡尺寸的摻氣減蝕試驗、靜水中氣泡上浮試驗和摻氣水流原型與模型對比分析，對摻分減蝕中氣泡尺寸及其概率分布的特征和作用進行研究，為高壩工程設計提供更加可靠的理論依據(jù)，為摻氣減蝕研究開拓新的方向。同時，進行多級氣泡尺寸的摻氣水流數(shù)學模型和摻氣檢測儀器開發(fā)，為摻氣水流研究提供更先進的技術手段。

摻氣減蝕設施，對泄水建筑物的高速水流進行人工摻氣,以削弱空化及其潰滅壓強而使水流固體邊壁減免空蝕破壞的工程設施。例如,在易出現(xiàn)空化的溢流面上設小挑坎,坎下有通氣槽與大氣相連,急流過坎時局部脫離形成空腔,高速水流底部就會有空氣自動被卷吸摻入,水流底部含氣層使氣泡不會立即散逸;在摻氣設施下游相當長范圍內可有效防止空蝕破壞。廣泛用于高水頭泄水建筑物中。

摻氣抗蝕設施(aerators)，是使高速水流在其邊界附近摻氣以防止泄水建筑物邊壁材料空蝕破壞的工程設施的統(tǒng)稱。一般是在易發(fā)生空蝕的過水邊壁設置局部挑起、突跌、突擴等體型構造物，使急流通過時產生脫離和低壓腔，此低壓腔部位有與大氣連通的通氣孔，于是水流仍能不斷挾卷和摻入空氣。

摻氣抗蝕設施，按體型分,實用設施有挑坎式、跌坎式、跌槽式、挑跌坎式、坎槽聯(lián)合式以及平面實擴式;除最后一種主要用于高壓閘門后水流側壁摻氣外,其余五種都用于水流底部摻氣,其中有坎的常合稱為摻氣坎,有槽的又合稱為摻氣槽。摻氣能改變水流與邊壁間的壓力狀態(tài),使空泡潰滅時作用于邊壁的沖擊力大為減弱，從而起防蝕作用。但從摻氣設施處摻入的空氣仍會沿程逐漸逸出，故當高速水流流程很長時,要有多道設施。目前經(jīng)驗表明，一道摻氣設施的保護長度可達50~60m。經(jīng)驗還表明,以氣體積與水體積之比表示的摻氣量達5%時足可使一般混凝土邊壁有效抗蝕。水流表面自摻氣顯然可擴展至全過水斷面的部位可不必用上述設施。2100433B

防止泄水建筑物的空蝕破壞是高壩建設中的關鍵問題之一。摻氣減蝕被大量工程實踐證明是有效而經(jīng)濟的防空蝕破壞技術。在特殊的水力及邊界條件下，不僅流道的底板而且邊墻也會遭空蝕破壞。為避免泄水建筑物全過水斷面受到空蝕破壞，必需采用側墻和底板聯(lián)合摻氣減蝕措施。但是，目前缺乏這方面的系統(tǒng)而有效的研究。本項目擬通過試驗、理論分析并結合紊流數(shù)值模擬的方法開展側墻與底板聯(lián)合摻氣減蝕的水力特性研究，揭示側摻氣機理與底摻氣的差異，研究側摻氣和底摻氣設施聯(lián)合作用時二者的相互影響及作用的基本規(guī)律、研究泄水建筑物側墻和底部聯(lián)合摻氣的綜合水力特性，獲得三維或全斷面良好的摻氣水力特性，提高全斷面摻氣設施的有效性并探討聯(lián)合摻氣設施的有效保護范圍。研究成果對解決三維摻氣減蝕技術難題及更好的應用該技術具有促進意義。研究項目具有較為重要的理論意義及應用價值。已初步具備的研究工作基礎及條件可保證該研究項目的順利實施。