CN107059809A - 水跃掺气阶梯溢洪道 - Google Patents

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周宇
吴建华
郭琦
马爱军
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B8/00—Details of barrages or weirs ; Energy dissipating devices carried by lock or dry-dock gates
    • E02B8/06—Spillways; Devices for dissipation of energy, e.g. for reducing eddies also for lock or dry-dock gates

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Abstract

本发明公开了一种水跃掺气阶梯溢洪道，包括WES溢流堰和阶梯溢洪道，在WES溢流堰与阶梯溢洪道之间设有水跃掺气池。本发明通过改变水跃掺气池长度及尾坎高度有效地控制水跃掺气池尾坎出流掺气浓度，大单宽流量下仍能保持阶梯溢洪道充分掺气，因此可有效地减免阶梯溢洪道的空蚀破坏。水流自WES溢流堰进入水跃掺气池，发生水跃，其上部的旋滚内水流作剧烈的回旋运动，翻腾滚动掺入大量气泡，进一步强化了掺气效果，并随主流进入阶梯溢洪道，水跃掺气池中的水跃旋滚为阶梯溢洪道的流动掺气，可以且尤其可以在大单宽流量条件下有效减免传统阶梯溢洪道掺气不足引发的空蚀破坏。

Description

水跃掺气阶梯溢洪道
技术领域
本发明涉及水利水电工程泄洪消能设施中的阶梯溢洪道，主要用于在大单宽流量的条件下，减免阶梯溢洪道的空蚀破坏风险，满足工程安全运行的需要。
背景技术
随着水利水电工程建设的快速发展，以窄河谷、高水头、大泄量等为特征的水利水电工程泄水建筑物所带来的高速水流问题接踵而至，随之产生的空化空蚀问题也逐渐引起人们的关注。
阶梯消能工是水流沿坝面或溢洪道表面的阶梯逐级掺气、减速、掺混、紊动消能的。这种消能工比一般光滑表面的消能率有显著提高。然而工程实践表明，随着来流单宽流量的增大，一方面，阶梯溢洪道表面尤其是竖直面负压较大，容易产生空化。另一方面，由于水深的增加，掺气起始断面下移，致使流动掺气不足，溢洪道的阶梯面极易发生空蚀破坏，并且消能率降低。
因此，大单宽流量下阶梯溢洪道的空蚀破坏问题一直是工程中亟待解决的难题和制约性问题。
发明内容
本发明提出一种水跃掺气阶梯溢洪道，在传统阶梯溢洪道的基础上，增设水跃掺气池，利用水跃掺气池中的水跃旋滚，为下游阶梯溢洪道提供掺气水流。
本发明采用如下技术方案：
一种水跃掺气阶梯溢洪道，包括WES溢流堰和阶梯溢洪道，在WES溢流堰与阶梯溢洪道之间设有水跃掺气池，所述水跃掺气池上接WES溢流堰、下接阶梯溢洪道。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过改变水跃掺气池长度及尾坎高度有效地控制水跃掺气池尾坎出流掺气浓度，大单宽流量下仍能保持阶梯溢洪道充分掺气，因此可有效地减免阶梯溢洪道的空蚀破坏。WES溢流堰位于最前面，为水跃掺气池提供具有一定动能的下泄水流。水流自WES溢流堰进入水跃掺气池，发生水跃，其上部的旋滚内水流作剧烈的回旋运动，翻腾滚动掺入大量气泡，进一步强化了掺气效果，并随主流进入阶梯溢洪道，水跃掺气池中的水跃旋滚为阶梯溢洪道的流动掺气，可以且尤其可以在大单宽流量条件下有效减免传统阶梯溢洪道掺气不足引发的空蚀破坏。
水跃掺气池的结构参数包括水跃掺气池的长度lP和水跃掺气池的尾坎高度sP。在大单宽流量的条件下，通过控制水跃掺气池的长度及尾坎高度来控制水跃流态及水跃掺气池的尾坎出流掺气效果，实现在保持水跃流态稳定的同时，尾坎出流有较好的掺气效果。根据工程实际经验，当水流掺气浓度达到1％以上，就可以有效减小或避免过流面的空蚀破坏。在水跃掺气池的作用下，阶梯溢洪道首级阶梯即可获得较好的掺气，这对保证阶梯溢洪道减小或减免空蚀破坏是至关重要的。
1、结构布置简单。
2、整体流态稳定，水跃掺气池体型易优化，施工可操作性强，可广泛用于各种水利工程。
3、在大单宽流量条件下(q＞60m2/s)阶梯溢洪道在首级阶梯即能获得较好的掺气，提高了阶梯溢洪道对单宽流量的适用范围。
本发明对于有效减小或避免阶梯面的空蚀破坏是非常有意义的，力求达到通过水跃旋滚掺气为阶梯溢洪道提供流动掺气的目的。本项发明结构简单易行，有效性已得到试验验证。
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优先实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本发明水跃掺气阶梯溢洪道整体结构及示意图；
图2是水跃掺气池流动示意图；
图3是本发明所述水跃掺气阶梯溢洪道中水跃掺气池第一种结构示意图。
图4是图3在单宽流量分别为60.00m2/s、90.00m2/s、110.00m2/s、120.20m2/s、134.70m2/s时的流态。
图5是图3在单宽流量分别为60.00m2/s、90.00m2/s、110.00m2/s、120.20m2/s、134.70m2/s时的尾坎出流断面掺气浓度分布。
图6是本发明所述水跃掺气阶梯溢洪道中水跃掺气池第二种结构示意图。
图7是图6在单宽流量分别为60.00m2/s、90.00m2/s、110.00m2/s、120.20m2/s、134.70m2/s时的流态。
图8是图6在单宽流量分别为60.00m2/s、90.00m2/s、110.00m2/s、120.20m2/s、134.70m2/s时的尾坎出流断面掺气浓度分布。
具体实施方式
本发明所述的水跃掺气阶梯溢洪道，即在传统阶梯溢洪道的基础上，通过增设水跃掺气池，为下游阶梯溢洪道的水流提供充分的掺气，因此，可以有效地减免在大单宽流量下，阶梯溢洪道的空蚀破坏。本发明采用以下具体实施方式：本发明即一种水跃掺气阶梯溢洪道，包括WES溢流堰1和阶梯溢洪道3，在WES溢流堰1与阶梯溢洪道3之间设有水跃掺气池2，所述水跃掺气池2上接WES溢流堰1、下接阶梯溢洪道3。在本实施例中，所述水跃掺气池长度lP为70.0cm，水跃掺气池尾坎高度sP为6.5cm～8.0cm。
下面通过实施例对本发明所述水跃掺气阶梯溢洪道作进一步说明。实施例中通过观察水跃掺气池的流态和获得水跃掺气池尾坎出流断面掺气浓度分布，来验证本发明的有效性。各实施例中，模型比尺设计为1∶70，试验模型最大单宽流量qM为115.00×10-3m2/s，换算到原型最大单宽流量qP为134.70m2/s，WES溢流堰顶距水跃掺气池底高差为36.0cm。此外，尽可能减薄水跃掺气池尾坎的厚度，不考虑尾坎厚度对出流掺气效果的影响。
实施例1
本实施例中，水跃掺气池长度lP为70.0cm，水跃掺气池尾坎高度sP为6.5cm，如图3所示。
试验观察了当原型单宽流量分别为60.00m2/s，90.00m2/s，110.00m2/s，120.20m2/s，134.70m2/s时的水跃掺气池流态，如图4所示。
从图中可以看出，该实施例中水跃掺气池的流态随着原型单宽流量的增大，从淹没水跃过渡到远驱水跃。当原型单宽流量qP≤110m2/s时，水跃掺气池流态保持为淹没水跃，水跃发生点位置稳定在堰址附近，水跃掺气池内流态稳定。
试验得到了当原型单宽流量分别为60.00m2/s，90.00m2/s，110.00m2/s，120.20m2/s，134.70m2/s时，测得的水跃掺气池尾坎出流断面掺气浓度分布，如图5所示。
从图中可以看出，该实施例中尾坎出流断面掺气浓度沿水深逐渐增大，随着单宽流量的增加，水跃主流区扩大，尾坎出流断面掺气效果不断减弱，但当原型单宽流量qP≤110m2/s时，尾坎出流断面沿水深仍能较快达到1％，出流掺气效果明显。
实施例2
本实施例中，水跃掺气池结构如图6所示，与实施例1唯一不同之处是水跃掺气池的尾坎高度sP＝8.0cm。
试验观察了当原型单宽流量分别为60.00m2/s，90.00m2/s，110.00m2/s，120.20m2/s，134.70m2/s时的水跃掺气池流态，如图7所示。
从图中可以看出，该实施例中水跃掺气池的流态随着原型单宽流量的增大，水跃掺气池的流态在所研究的来流条件下均保持为淹没水跃，水跃发生点位置稳定在堰址附近，水跃掺气池内流态稳定。
试验得到了当原型单宽流量分别为60.00m2/s，90.00m2/s，110.00m2/s，120.20m2/s，134.70m2/s时，测得的水跃掺气池尾坎出流断面掺气浓度分布，如图8所示。与实施例1相比，在提高水跃掺气池尾坎高度的情况下，各原型单宽流量下尾坎出流掺气浓度均有提高，且沿水深方向的增长速度更快，即使当原型单宽流量为134.70m2/s，尾坎出流断面沿水深的掺气浓度也能够较快达到1％，出流掺气效果明显。
综上所述，各实施例已经表明，本发明提出的水跃掺气阶梯溢洪道通过水跃掺气池中的水跃旋滚为下游阶梯溢洪道的流动掺气，可有效减免在大单宽流量条件下传统阶梯溢洪道的空蚀破坏，结构安全得到保证。

Claims (2)

1.一种水跃掺气阶梯溢洪道，包括WES溢流堰(1)和阶梯溢洪道(3)，其特征在于，在WES溢流堰(1)与阶梯溢洪道(3)之间设有水跃掺气池(2)，所述水跃掺气池(2)上接WES溢流堰(1)、下接阶梯溢洪道(3)。
2.根据权利要求1所述的水跃掺气阶梯溢洪道，其特征在于，所述水跃掺气池长度lP为70.0cm，水跃掺气池尾坎高度sP为6.5cm～8.0cm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110145011A (zh) * 2019-03-05 2019-08-20 江苏满江春城市规划设计研究有限责任公司 一种竖井与深隧衔接结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002030637A (ja) * 2000-07-13 2002-01-31 Daicel Chem Ind Ltd 減勢装置
CN106120673A (zh) * 2016-06-30 2016-11-16 四川大学 适用于高弗劳德数下的转弯溢洪道

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002030637A (ja) * 2000-07-13 2002-01-31 Daicel Chem Ind Ltd 減勢装置
CN106120673A (zh) * 2016-06-30 2016-11-16 四川大学 适用于高弗劳德数下的转弯溢洪道

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴建华 等: "水跃掺气池的掺气特性", 《水利水电科技进展》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110145011A (zh) * 2019-03-05 2019-08-20 江苏满江春城市规划设计研究有限责任公司 一种竖井与深隧衔接结构

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