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1、反弧段對摻氣空腔形狀影響試驗探究 【摘要】：在高壩建設(shè)中經(jīng)常遇到反弧段等曲線段形式泄洪，而如何防止反弧空蝕是人們所關(guān)注的問題。本文通過水槽試驗，研究了不同反弧半徑、流量、挑坎高度、挑坎坡度等因素發(fā)生變化時，空腔形狀及反弧長度、圓心角的變化規(guī)律。這對進一步探討反弧減蝕機理、采取有效的減蝕措施有積極的意義?！娟P(guān)鍵詞】：摻氣空腔；反弧半徑；反弧長度Abstract:Inthedamconstruction,Peopleoftenencounteredformofanti-arcdischargeandothercurve,theproblemisthatpeopl
2、eareconcernedabouthowtopreventanti-arccavitation.Inthisarticle,bythehydraulicexperimentsintheflowchutewiththedifferentanti-arcradiusandunderthedifferentflowdischargesandaeratortypes,thevariationofcavityshapeandanti-arclengthandcentralangle.Forfurtherexplorethemechanismofanti-arccavi
3、tationandtakingeffectivemeasurestoreduceerosion,thisisapositivesignificance.Keywords:aeratedcavity;anti-arcradius;8anti-arclength中圖分類號：C33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1前言隨著壩工技術(shù)的提高和水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，我國高壩建設(shè)發(fā)展迅速，高水頭、大流量泄水建筑物不斷增多，因此泄水建筑物的體型往往也比較復(fù)雜，泄槽底坡除了直坡段外，還會碰到如反弧段等曲線段形式泄洪，而如何防止反弧空蝕是人們所關(guān)注的問題。8過去國內(nèi)外對摻氣減蝕的研究主要集
4、中在順直底坡的底部強迫摻氣設(shè)施上[1、2]，而對于復(fù)雜邊界條件下強迫摻氣水流的研究成果很少。如反弧段，由于受邊界條件的影響，其摻氣水流的水力特性比直坡段的要復(fù)雜得多，摻氣濃度的分布規(guī)律也不盡相同。目前減免反弧段空蝕破壞措施的研究，主要集中在反弧段體型優(yōu)化和摻氣減蝕兩方面。對反弧段的體型研究，林秉南等[3]提出了等空化數(shù)反弧曲線概念，其后又有人如魏文禮[4]等提出多種具體的反弧段曲線。董志勇[5、6]等在直流式水洞中對減免空蝕的最低摻氣濃度進行了試驗研究，分析了壓力隨摻氣濃度的變化及背壓對空蝕的影響，提出減免空蝕的最低摻氣濃度與流速度關(guān)系。夏毓常[7]通過作用水
5、頭、反弧末端平均流速及反弧段水流空化數(shù)等指標(biāo)提出了泄洪洞反弧段發(fā)生空蝕的判別標(biāo)準(zhǔn)。劉超[8]等試驗中實測了摻氣設(shè)施后反弧段局部位置摻氣濃度沿水深的變化。本文通過試驗改變反弧段反弧半徑的大小，研究反弧半徑和弧長對摻氣空腔長度的影響，具有重要的現(xiàn)實意義。2試驗方案2.1試驗裝置試驗裝置由三角堰、前池、進水口、固定式明流泄水槽、摻氣設(shè)施、反弧段及可移動式明流泄水槽等幾部分組成。該試驗設(shè)施可供使用的最大流量為，其試驗流態(tài)為明流流態(tài)。根據(jù)試驗場地和供水等條件，前段固定的泄水槽高差為，底坡坡角，長度為，水槽橫斷面為正方形，斷面尺寸為。摻氣設(shè)施采用挑坎的形式，為保證最大空腔
6、長度的完整性及考慮回水等的影響，挑坎設(shè)置于反弧段上游處。反弧段的圓心角取為，反弧半徑根據(jù)試驗需要，依次取為（弧長為），（弧長為），（弧長為）。摻氣設(shè)施的通風(fēng)系統(tǒng)為：通過設(shè)置于泄水槽槽身左、右兩側(cè)邊墻的通風(fēng)孔對空腔進行供氣。下部可移動的泄水槽和反弧段下游相連，其長度為。試驗裝置的槽身采用有機玻璃制成。摻氣設(shè)施布置圖見圖1。圖中，為水槽底坡角，為挑坎挑角，為挑坎坎高，為來流的坎上平均流速，為來流的坎上水深，為空腔長度，為空腔回水深度（取空腔內(nèi)回水最高點到空腔與底板交點的垂直距離）。圖1摻氣設(shè)施布置圖8Fig.1Thelayoutoftheaeratoronthec
7、hute2.2試驗條件2.2.1摻氣坎體型試驗中，分別設(shè)計了三種挑坎高度（、、），每種挑坎高度各有三種挑坎坡度（1:5、1:7、1:9）共9種摻氣坎。2.2.2反弧段的反弧半徑反弧段的圓心角取為，反弧半徑根據(jù)試驗需要，依次取為（弧長為），（弧長為），（弧長為）。2.2.3來流水力條件該試驗的流量范圍定為，對應(yīng)的摻氣坎上來流流速，來流水深。3試驗結(jié)果及分析3.1反弧半徑對空腔形狀的影響當(dāng)水槽底坡、挑坎高度、挑坎坡度1:9、下泄流量、反弧半徑、、時，試驗所得空腔形狀的曲線見圖2。圖2不同反弧半徑時空腔形狀曲線Fig.2Thecurveofthecavityshap
8、ewithdifferentanti-
