全断面掺气设施的水力掺气特性研究

以往的掺气坎多采用布置在底板上的底掺气坎，已有工程实例证实，常规的底掺气坎难以防止侧墙的空蚀破坏，为了有效减免空蚀，在布置掺气设施时，不仅需保护过流面底板，同时需保护侧墙,采用底掺气坎和侧掺气坎相结合的全断面掺气设施。本项目拟结合模型试验，通过对反弧末端和突扩突跌门座两类全断面掺气设施的水力掺气特性进行系统对比研究，查明侧掺气和底掺气之间的相互影响规律，获得各水力掺气特性指标与底掺气坎体型尺寸、侧掺气坎体型尺寸、来流条件之间的定量关系，揭示全断面掺气设施掺气机理。研究成果有助于掺气减蚀研究的进一步深入，对工程应用也具有重要参考价值。

采用模型试验，对反弧末端（明流泄水道）和突扩突跌门座两类全断面掺气设施的水力掺气特性进行了系统对比研究，结果表明：这两类掺气设施的水力掺气特性受底掺气坎体型尺寸、侧掺气坎体型尺寸、来流条件的影响变化规律基本一致，底空腔长度与底掺气坎体型尺寸、侧掺气坎体型尺寸和来流条件密切相关，侧空腔长度主要与侧掺气坎体型尺寸和来流条件有关，而与底掺气坎体型尺寸关系不大；底空腔长度随着底掺气坎尺寸、侧掺气坎尺寸和水流弗劳德数增大而增大，侧空腔长度随侧掺气坎尺寸增大而增大，而侧空腔长度水流弗劳德数的关系，侧掺气坎尺寸较小时，随弗劳德数增大而略微减小，当侧掺气坎尺寸较大时，随弗劳德数增大而增大；掺气坎体型尺寸和过流流量基本相同时，突扩突跌门座全断面掺气设施的底空腔长度明显大于明流泄水道全断面掺气设施，侧空腔长度小于明流泄水道全断面掺气设施。采用理论分析，提出了突扩突跌门座侧空腔长度和明流泄水道全断面掺气坎底、侧空腔长度和空腔回水理论计算公式，经试验数据验证，精度较高，可用于实际工程。