隨著摻氣減蝕設施在工程上的大量應用,摻氣水流對空蝕破壞現象的防止及減弱效應已得到普遍認可。但是高速水流摻氣以后水體的紊動情況將變得更加復雜。水流的摻氣量在摻氣減蝕中是一個重要的因素,一方面它將直接影響摻氣減蝕的效果,另一方面摻氣量的多少也會對摻氣水流的水力特性產生影響。因此,研究摻氣量對摻氣水流的水力特性的影響情況就顯得尤為重要。本文主要通過水工模型試驗和理論分析,對陡槽設置底部摻氣坎,采用不同面積的通氣孔來研究摻氣量的變化對摻氣水流的水力特性影響,并與相同條件下無摻氣設施的水流自摻氣情況進行對比分析,重點討論了摻氣量對水流脈動壓力特性的影響。得出主要結論如下:設置底部摻氣設施會造成摻氣坎后水面線隆起,隆起高度與摻氣坎的體型尺寸、陡槽坡度和來流條件密切相關,對一定的來流及邊界條件應合理選擇摻氣坎的體型尺寸。試驗表明設置摻氣坎后相同流量時,不同進氣量強迫摻氣水流在摻氣水舌落點后下游段水流流速與自然摻氣條件下水流流速相差不大。但坎后沖擊點處時均壓強比自然摻氣條件下增大約1倍,脈動壓強的變異系數較自然摻氣條件下高若干倍,所以設置摻氣坎后對泄槽底板沖擊問題應該引起重視。強迫摻氣后的水體脈動壓強的功率在頻域分布上更為均衡,不會出現明顯的優(yōu)勢頻率,只在15 Hz~45 Hz內形成能量比較集中的峰群。同條件下,增大流量并不會造成水流水力特性沿程變化規(guī)律發(fā)生明顯的改變,但是隨著流量增大相同位置對應的各水力要素值也隨之增大。強迫摻氣水流低頻率的渦體紊動組成了泄槽脈動壓強能量的大部分。沿程分布上沖擊區(qū)域的脈動壓強幅值及功率都是最大的,該區(qū)域脈動壓強概率密度分布呈現正偏特性,整個區(qū)域脈動壓強概率分布為高峰態(tài)。與側墻相比底板脈動壓強幅值要大,底板脈動壓強在頻域上的分布更為平均。總體來說,摻氣坎后沖擊區(qū)水流脈動強度最大,底板受到的水體紊動作用最強,脈動壓強值時域及頻域上的分布更均衡。增大通氣孔面積可以提高水體摻氣量,摻氣量增大使水體膨脹,水面線升高。但水體摻氣量增加不會對流速及時均壓強造成明顯的影響。脈動壓強幅值及變化幅度在沖擊區(qū)表現出隨摻氣量增大而增大的趨勢,但是摻氣量增大不會對脈動壓強的概率密度分布造成影響,摻氣量越大對應脈動壓強頻域分布越為平均。本文的結果為摻氣水流的水力特性研究作了很好的補充,對進一步探究摻氣量對摻氣水流水力特征的影響提供了有益的參考價值。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TV135.2
【部分圖文】：

士學位論文摻氣設施一般考慮在泄水建筑物的底板或者側墻位置進有：氣槽是最早采用的一種摻氣設施，如圖 2-1 所示。其布置方式設置一個矩形槽。由于水流經過空腔時具有較高的速度會對水流流態(tài)造成大的擾動，容易形成穩(wěn)定的空腔，摻氣摻氣槽通常不宜設置過大，否則會形成空腔積水導致失量較小，摻氣保護長度不長。摻氣槽較適用于坡降較大的

圖 2-1 摻氣水槽摻氣挑坎坎是工程應用最為廣泛的摻氣設施之一，如圖 2-2 所示。江渡滑雪道及溢洪道、石頭河泄洪洞上段均設置了摻氣數由坎高 Δ 和挑角 θ 確定。其摻氣原理是通過改變水流脫離壁面，形成穩(wěn)定的空腔，達到摻氣的作用。摻氣坎由設施大，水體摻氣量也顯著增大，摻氣保護長度也比較長要結合摻氣槽為其進行供氣，另外，由于水流的挑射會增響較大，而且如果是泄洪隧洞很可能造成洞頂余幅不足，跌落對底板也形成沖擊。當泄水建筑物坡度較小時，很容，而使摻氣失效。故摻氣挑坎一般適用于坡度較大的明渠泄

圖 2-3 摻氣跌坎擴突跌的不同于前三類摻氣設施，其摻氣型式不止從底板形也形成空腔。突擴突跌一般可以形成全斷面的摻氣，摻摻氣減蝕的效果。但是，突擴突跌下游會出現水翅，翅也會對泄水建筑物的過流能力提出更高要求。突擴突擴突跌一般設置于溢洪洞、泄水孔、輸水洞等隧洞他形式類摻氣設施還有眾多類型的摻氣設施，如摻氣挑坎跌、摻氣跌坎與槽組合、分流墩和各種異型坎等。不同同，適用于各種不同的特定條件。所以，針對不同的可以達到合理避免空蝕破壞的要求。蝕設施的水力參數
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本文編號：2888354