掺气水流掺气浓度缩尺影响的估计_谢省宗

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。

2、从水流紊动特征的空间变化出发，可将紊流分为均匀紊流与非均匀紊流。

3、非均匀紊流又可细分为自由切变紊流及边壁切变紊流。

4、边壁切变紊流包括流体绕固体边界的流动及流体在固体边界之间的流动两种。

5、脉动壁压强度、主频率及其频谱持性是结构设计中甚为关注的物理量。

6、根据紊流运动的特性，可将水利工程中切变紊流的脉动壁压分为即平顺水流情况下的脉动壁压与强紊流情况下的脉动壁压两种。

7、由于掺气原因不同，—般将掺气水流分为强迫掺气水流与自然掺气水流两大类。

8、从纵向上看可将明渠掺气水流分无气区、掺气发展区及掺气充分发展区三个区域。

9、视掺气散裂程度的不同可将高速挑射水流分为部分掺气散裂射流、充分掺气散裂射流及完全掺气散裂射流三种。

10、自由跌落水流能否掺气，关键在于射流流态及其入水流速。

11、附壁跌落水流的流态有表面流、波状流、附着底及穿透流四种。

12、挑流消能中鼻坎的适宜挑角一般可取为 15°～35°。

13、根据挑流水舌的运动过程，可将其分为自由射流区，冲击区及附壁射流区 三段。

14、岩基破坏过程分解为①解体过程 ②拔出过程 ③搬运过程 三个部分。

15、对平底、无辅助消能设施的二维自由水跃，其水跃可划分为 ①弱水跃 ②颤动水跃 ③稳定水跃 ④强水跃 四种基本形式。

16、水跃与下游水面的衔接形式有临界水跃衔接、远驱水跃衔接、淹没水跃衔接三种。

17、底流消能中的辅助消能工主要有趾墩、前墩、后墩、尾槛 。

18、控制水跃的目的有解决尾水偏深，或尾水不足以及缩短水跃长度的问题三种。

19、面流消能可分跌坎面流和戽斗面流 两类。

20、空化可以分为游移空化，固定空化， 漩涡空化，振荡空化四种。

21、水体中所含的气核可分为表面气核与流动气核两种。

22、水流空化数越大，形成空化的可能性小；水流空化数越小，形成空化的可能性大。

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。

一种新型掺气设施的试验研究
牛争鸣;南军虎;洪镝
【期刊名称】《水科学进展》
【年(卷),期】2013(24)3
【摘要】设置在泄洪洞竖井内的环形掺气设施是不同于传统掺气技术的新创意。

为了更好地认识这种新型的掺气技术,基于公伯峡水平旋流泄洪洞原型和模型试验,对环形掺气坎的通风和掺气特性进行了研究。

结果表明环形通气孔的通风是由通气孔进出口的压差引起的,通风量与相对空腔长度的关系服从线性分布;环形掺气坎掺气减蚀的作用明显,其掺气是由于射流冲击竖井水体形成大尺度旋涡并挟带气泡所致,且掺气浓度沿高程呈乘幂分布;模型通风和掺气特性的缩尺效应明显。

在结构设计满足要求的前提下,有必要在旋流泄洪洞的竖井段设置掺气设施,可改善水流流态,并增加消能效果。

【总页数】7页(P372-378)
【关键词】竖井;环形掺气坎;通风;掺气;水力特性
【作者】牛争鸣;南军虎;洪镝
【作者单位】西安理工大学水利水电学院;兰州理工大学能源与动力工程学院;黄河上游水电开发有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.6
【相关文献】
1.龙滩水电站低坎溢洪道掺气设施试验研究 [J], 王怡
2.小底坡泄洪洞掺气减蚀设施体型试验研究 [J], 王智阳;王亮;雷艳
3.突扩突跌掺气设施后泄槽底板脉动压力试验研究 [J], 王宏霄;杨红宣;骆渊;徐一民;田蕓硕;张柱
4.羊曲水电站溢洪道掺气设施的试验研究 [J], 卫勇;刘菁;徐春燕;刘少斌;杜淑英;焦娟;贺翠玲
5.一种外掺新型引气剂的水泥胶砂抗折强度试验研究 [J], 李铁军;郭红兵
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附件2推荐项目1：高水头大流量泄洪洞水力设计理论及应用一、项目名称：高水头大流量泄洪洞水力设计理论及应用二、推荐单位：水利部三、项目简介泄洪洞是水利水电工程常见的泄水建筑物，是枢纽工程的重要组成部分。

实际工程中许多泄洪洞因高速水流而破坏，部分工程破坏的后果十分严重。

目前泄洪洞单洞泄量高达3000～4200m3/s，洞内流速已超过50m/s，新出现的高速水流问题直接关系到工程的成败，开展高水头大流量泄洪洞的水力设计理论研究意义重大。

本项成果以水动力学和水气两相流理论为基础，以降低泄洪洞遭遇破坏的风险程度和保证其安全运行为宗旨，建立了高水头大流量泄洪洞总体布置和体型优化的水力设计体系，开发了一系列新型掺气减蚀技术与泄洪雾化预测模型，并在大型水电工程中得到了广泛的推广应用。

主要创新性成果包括：1.发展并完善了高速掺气水流理论和模拟技术，为高水头大流量泄洪洞水力设计奠定了理论基础：首次提出了反映紊动扩散对相间阻力作用的本构方程和泡状流、过渡流及滴状流等不同流区的阻力关系，改进了高速掺气水流的数值模拟技术；首次揭示了水气两相流声速随掺气浓度增加急剧衰减的规律；首次揭示了洞顶余幅流场与掺气减蚀效果的关系；首次导出了掺气水流的模型相似律并提出了掺气浓度缩尺效应的修正计算方法；深入研究了反弧段气泡运动特性及掺气浓度衰减规律，改进了反弧段掺气保护长度估算方法。

2.提出了提高大型泄洪洞运行安全性的水力设计理论及一系列水力设计方法：为提高高水头大流量泄洪洞运行安全性，首次提出了采用压力隧洞平面弯曲调整水流方向、高位明流隧洞控制水流流速的“龙落尾”大型泄洪洞总体布置的水力设计理论与设计方法；首次提出了过流断面大宽深比与分段供气等新的水力设计理念；首次提出并建立了以水流空化数为主的泄洪洞多目标体型优化设计方法。

3.自主开发了一系列掺气减蚀新技术:自主开发了侧壁掺气、坎下变坡、梯形收缩式突扩掺气、异型三维掺气等一系列适应于不同水流条件的新型掺气减蚀技术；根据水流流速量级的沿程变化，创造性地提出了分段独立设置通气洞的技术，建立了大型泄洪洞高速水流供气系统设计新方法，增强了水气流动稳定性，显著提高了掺气减蚀设施的运行效果。

第一章流体流动问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件?答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。

质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。

问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。

问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降?答3．分子间的引力和分子的热运动。

通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。

液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。

问题4. 静压强有什么特性?答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。

问题5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。

(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)；(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？题5附图题6附图答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下大。

2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa；外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa。

因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。

问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U形压差计，读数分别为R1、R2，两压差计间用一橡皮管相连接，现将容器A连同U形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R1与R2有何变化？(说明理由)答6．容器A的液体势能下降，使它与容器B的液体势能差减小，从而R2减小。

挑坎下游高速掺气水流的数值模拟
张宏伟;刘之平;张东;吴一红
【期刊名称】《水利学报》
【年(卷),期】2008(039)012
【摘要】应用FLUENT软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟.根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响.计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算偏低的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好,说明湍流扩散对掺气浓度的分布有重要作用.当采用双流体模型模拟掺气水流时,相间作用力模型应考虑湍流扩散的影响.
【总页数】7页(P1302-1308)
【作者】张宏伟;刘之平;张东;吴一红
【作者单位】中国水利水电科学研究院,水力学研究所,北京,100038;中国水利水电科学研究院,水力学研究所,北京,100038;中国水利水电科学研究院,水力学研究所,北京,100038;中国水利水电科学研究院,水力学研究所,北京,100038
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.3
【相关文献】
1.水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响 [J], 王才欢;侯冬梅;张晖;聂艳华
2.考虑水流掺气时窄缝挑坎射距的求解 [J], 乔世军;郭智勇
3.掺气减蚀挑跌坎与水流紊动特性 [J], 罗铭
4.掺气坎下游水流—掺气坎间距 [J], 袁俞寿;艾克明
5.前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟 [J], 谭立新;李梅玲;唐敏;赵安妮
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第49卷第12期中南大学学报(自然科学版) V ol.49No.12 2018年12月Journal of Central South University (Science and Technology)Dec. 2018 DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2018.12.015竖井旋流式溢洪道消能及空化特性张文传，王均星，董宗师，周招，杨晓(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉，430072)摘要：为解决旋流式溢洪道壁面负压及其产生的空蚀问题，提出一种无通气孔的新型竖井旋流式溢洪道，并通过物理模型试验及数值模拟计算对其消能及空化特性进行研究。

研究结果表明：无通气孔竖井旋流式溢洪道利用进水隧洞净空余幅作为掺气设施，使下泄水流卷携大量空气进入竖井内形成稳定掺混空腔，在竖井井壁摩擦剪切作用及旋转水流相互碰撞下，水流紊动加剧，显著提高掺气浓度及能量紊动耗散，有效解决旋流式溢洪道中易出现的空蚀破坏、消能不充分等问题。

关键词：无通气孔；竖井旋流；模型试验；数值模拟；掺气减蚀中图分类号：TV135.2+9 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2018)12−3011−09Characteristics of energy dissipation andcavitation of vertical swirling spillwayZHANG Wenchuan, WANG Junxing, DONG Zongshi, ZHOU Zhao, YANG Xiao(State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science,Wuhan University, Wuhan 430072, China)Abstract: In order to solve the problem of the negative pressure on the wall surface of shaft spillway with whirling current and cavitation erosion, a new vertical swirling spillway without ventilation holes was proposed. The physical model test and numerical simulation were used to research the characteristics of energy dissipation and cavitation. The result shows that the net clearance of intake tunnel is used as an aeration facility to force the discharged water flow into the shaft with a large amount of air to form a stable mixing cavity. With the frictional shearing effect of the shaft wall and the rotating water colliding with each other, the turbulence of the water flow aggravates. The aeration concentration and the turbulent dissipation of energy are increased distinctly, thus effectively solving the problems of the cavitation erosion and insufficient energy dissipation in the swirling spillway.Key words: no ventilation hole; shaft spillway with whirling current; model test; numerical simulation; aeration and erosion reduction与传统消能方式相比，竖井旋流式溢洪道通过快速改变水流状态形成紊流或漩涡，消耗大部分能量，能够达到泄洪消能和保护泄水建筑物的目的，具有消能率高、不会产生挑流雾化等优点。

CQ6-2004型掺气浓度仪使用说明书中国水利水电科学研究院二O O四年八月目录一、主要技术指标 (1)二、仪器面板介绍 (2)三、仪器使用方法 (3)四、仪器性能检验 (4)五、使用注意事项 (5)六、常见故障检查 (7)七、附件 (7)CQ6-2004型掺气浓度仪使用说明书CQ6-2004型掺气浓度仪是在原848型掺气浓度仪的基础上改进的。

采用了单片微型计算机进行数据采集和处理，并将处理的结果—掺气浓度时间平均值显示在面板上。

主要特点是：①.采用运算放大器构成主振荡器，使供桥电压的稳定度大大提高。

增加了仪器的长期稳定性。

②.电路结构由板块式组、插件改为集成一体化，从而减小了体积，增加了仪器可靠性，亦便于携带和运输。

③.主机内设置清水电阻范围调整开关，便于用户在更大范围选择和使用传感器。

电阻式掺气浓度仪（或称电极式掺气仪），工作原理是通过检测两电极之间的清水电阻与掺气水流电阻来确定掺气浓度。

根据Maxwell （迈克斯韦尔）理论，气水两相流的掺气浓度C （体积百分比）可以用电极间的电阻C R 和0R 来表征：2R R R R C C C +-=…………………………………………（1） 式中：0R —— 清水电阻 C R ——气水两相流电阻因此，掺气浓度的测量是通过对气水两相流和清水两种状态下的极间电阻的测量，再按照（1）式换算得来。

关于掺气浓度仪的测量原理，可参看下列文献：1.《自然掺气水流浓度和速度量测方法的试验研究》——水科院论文集1.3集；2.《CQ 型掺气浓度仪》——水科院。

一、主要技术指标*.测量范围：0.0～100.0% *.分 辨 率：0.1%*.线 性 度：±0.2%（最大不超过+0.3%） *.零点漂移：＜±0.2%（8小时） *.采样速度：1020次/秒*.积分时间：1～99s任选*.六通道设置：可预调六个测点的清水电阻*.清水电阻调节范围：300～800Ω、700～1200Ω、1200～1600Ω三档，阻值偏差±5%二、仪器面板介绍1．CQ6-2004型掺气仪正面板如图1所示：图1 CQ6-2004型掺气仪正面板正面板说明：①—“电源”，电源开关。

Engineering 2 (2016) xxx–xxxResearchHydro Projects—Review考虑射流掺气的改进冲刷模型Rafael Duarte a ,*, António Pinheiro b , Anton J. Schleiss aa Laboratory of Hydraulic Constructions (LCH), École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne CH-1015, SwitzerlandbCivil Engineering Research and Innovation for Sustainability (CERIS), Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisbon 1049-001, Portugala r t i c l e i n f o摘要Article history:Received 29 February 2016Revised form 5 July 2016Accepted 6 July 2016Available online 19 September 2016基于受高速射流冲击的水垫塘中掺气对岩块稳定性影响的系统试验研究，本文给出了一种基于物理特性冲刷模型的适应性研究成果。

在综合冲刷模型中实现了对射流掺气模型的改进，使其得以再现有关冲刷形成的物理–机械过程，其中涉及三相，即水、岩体和空气。

改进方法考虑了因挟带气泡引起的掺气射流动量减少以及射流扩散剪切层的能量消耗。

岩块从岩体脱离取决于掺气的时均压强系数及修正的最大动力冲击系数的组合，对于深水垫塘中的高速射流，该系数为定值０．２。

上述改进模型的模拟结果与卡里巴大坝冲坑原型观测结果吻合良好。