摘要：通过数值模拟,并结合工程实际,应用正交设计法对掺气坎体型参数进行了空腔特性的敏感性分析,通过极差与方差分析得出了各参数对外空腔长度、内空腔长度等空腔特性的影响效应及权重大小。为掺气坎的体型设计提供了一定的理论依据,在工程实际中具有较强的应用参考价值。

摘要：侧空腔长度是侧墙掺气坎设计时考虑的重点内容。采用模型试验和三维数值模拟,对侧墙掺气坎空腔长度的影响因素进行了探讨。结果表明,用紊流数学模型来模拟泄水道反弧末端侧墙掺气坎的空腔长度是可行的;侧墙掺气坎空腔长度不仅与侧墙掺气坎的体型尺寸有关,还与底部掺气坎的体型尺寸有很大关系。在设计侧墙掺气坎时,需同时考虑底部掺气坎的尺寸。

摘要：掺气减蚀是使泄水建筑物免遭空蚀破坏的重要措施。为提高掺气减蚀效果,应避免掺气空腔出现严重积水,使水流在掺气空腔内充分掺气。影响掺气空腔积水的因素众多且复杂。本文通过本文作者建立的掺气坎射流曲线方程和掺气空腔积水方程,分析计算了掺气坎坎高、挑角、水流佛氏数、空腔负压对射流空腔积水的影响。计算结果表明,在一定范围内增大掺气坎坎高和挑角对减弱掺气空腔积水是有利的;水流佛氏数增大,空腔积水减弱;空腔负压大,则积水严重。研究成果可为掺气坎的设计提供参考。

摘要：位于小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气坎,其体型设计往往存在较大难度。为了查明小底坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一般规律,采用大比尺的模型试验,对三维掺气坎进行了系统研究。小底坡上的掺气坎,可用过坎射流最高点至底板的距离Tmax和空腔回水作为其体型优化的主要目标,良好的掺气坎应使空腔回水最少时Tmax也较小。试验结果表明:Tmax的主要影响因素为平均坎高及掺气坎横断面的型式,平均坎高愈小,Tmax愈小;横断面为凸型的凸型坎,可以减弱出射水流横断面上水面线的凹形分布,能使Tmax相对较小;空腔回水的主要影响因素为平均坎高及坎高差,适当增加平均坎高及横向坎高差,对消除空腔回水有利;在小底坡掺气坎体型优化中,三维掺气坎较二维连续坎有明显的优势,特别是凸型坎,容易达到空腔回水少,同时Tmax也较小的优化目标。

摘要：考虑挑坎坡度、挑坎高度等9项可能影响掺气坎空腔特性的参数,按照正交设计进行数值模拟试验。在试验基础上,采用极差和方差分析手段,以掺气空腔的外空腔长度、内空腔长度、通气孔进气情况和槽口出流速度为评价指标,对影响掺气坎空腔特性的9个参数进行分析。结果表明:影响掺气坎外空腔长度的诸多因素中,缓坡平台长度是主要因素,其他因素的影响相对较小;U型槽高度对掺气空腔内空腔长度起控制性作用,其他因素影响很小;对于通气孔进气情况和槽口出流速度,9个因素的影响都相对较小。与试验建议方案比较结果表明,通过正交设计分析所选出的最优方案,其水力特性指标均优于其他方案。说明正交设计分析方法是合理的,可行的。所得成果为工程实际中掺气坎体型的设计提供了依据,对于设计行之有效的掺气设施有实际意义。

摘要：为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优.

摘要：针对阶梯溢流坝前端设置掺气坎,以提高坝面减蚀能力与坝体消能率的研究理论尚不成熟的现状,通过9组不同掺气坎的水工模型试验,采用极差与方差分析方法得出了掺气坎角度与高度对阶梯溢流坝联合消能方式水力特性的显著性影响.试验结果表明:与掺气坎高度相比,坎角度对台阶面最大负压影响较大.掺气坎角度为11.3°,坎高度为1.0,1.3 m时,台阶面最大负压最小,分别为-9.25,-8.56 kPa;掺气坎角度对影响反弧段时均压强的显著性不如掺气坎高度,而两者对消力池最小时均压强的显著性影响相差不大.当掺气坎角度为11.3°,高度为0.7,1.0 m时,上游水流对下游的冲刷强度较小,水体掺气充分,反弧段最大时均压强分别为424.44,431.73 kPa;根据坝体消能效果,掺气坎高度是影响阶梯溢流坝消能率的主要因素.根据各因素综合分析,推荐掺气坎角度为11.3°,高度为1.0 m时为最优坎型,其消能率为53.63%.

摘要：采用力学分析的方法,从理论上建立了掺气坎射流空腔积水的方程式,结合考虑空腔内负压及运动液体所受离心惯性力影响的射流水舌下缘液体质点运动轨迹的微分方程,可以计算掺气坎射流空腔内的积水深度和净空腔长度,计算结果与实验值趋势一致,吻合良好,可供设计单位参考.与此同时,从理论上对掺气坎射流空腔积水的机理进行了初步探讨,对计算误差的产生原因进行了详细分析并提出了提高计算精度的下一步研究思路.

摘要：通过作者建立的掺气坎射流曲线方程和掺气空腔积水方程,分析计算了泄槽底坡对跌坎型、挑坎型和挑跌坎型3种掺气坎掺气空腔积水的影响。计算结果表明,泄槽底坡对3种体型掺气坎掺气空腔积水的影响规律是一致的。随泄槽底坡增大,空腔积水减弱,最终消失;掺气坎后挑射水流与底板的冲击角随泄槽底坡增大而减小;不同体型掺气坎的临界冲击角是不一样的。研究成果可为掺气坎的设计提供参考。

摘要：将k-ε紊流模型与VOF方法相结合,针对长河坝水电站1号泄洪洞的掺气坎进行数值模拟研究.通过计算模拟,分析了泄洪洞掺气水流流态及掺气坎水力特性,计算得到了掺气坎坎上平均流速、水深、空腔长度、空腔负压值等.结合物理模型实测值进行对比,数值模拟结果吻合较好,说明本数值模拟是可行的.针对原工程方案中掺气坎存在回水堵塞问题,通过三维数值模拟确定了1号掺气坎高为0.9m的优化方案.本数值模型能够比较准确地模拟泄洪洞掺气坎水力特性,为类似工程掺气坎设计研究提供了可靠的依据.