掺气减蚀

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。

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]。

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（）。

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。

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。