低弗勞德數下挑坎體型對摻氣的影響試驗

沈春穎,徐一民,張 濤,儲威威

(1.昆明理工大學電力工程學院,云南昆明 650093;2.云南經濟管理職業學院,云南昆明 650106)

摻氣減蝕的試驗研究一直是高速水力學重點關注的課題,但大部分研究都是結合具體的工程和水工模型試驗,得出的經驗公式往往也只針對某些具體的工程。過流邊界條件改變,坎后的水流摻氣特性及回水規律都有較大的變動,特別當水槽坡度較小時,坎后回水問題較為嚴重,此時挑坎的體型成為坎后摻氣空腔長度及回水深度的關鍵性因素。本試驗旨在研究在小底坡低弗勞德數水流條件下,坎后空腔長度及空腔回水問題。

1 試驗條件及試驗設計

1.1 試驗條件

試驗在昆明理工大學水利水電工程系水力學實驗室的雙變坡有機玻璃水槽中進行,該玻璃水槽可自動調節出0°～5.5°的坡度,本次試驗中,上下游底坡坡度相同。全槽長 7.6 m,寬10 cm,邊壁高為30cm。水槽流量用進水閥門調節,來流量的范圍為0～5500cm3/s,出口處連接一直角三角形薄壁堰,用測針測量并用進水閥門控制出流量的大小。目前常用的摻氣設施有摻氣挑坎、摻氣槽、摻氣跌坎及復合式摻氣設施,由于設備的限制,試驗采用摻氣挑坎作為摻氣設施為宜。同時設計出9種不同體型的挑坎模型,置于有機玻璃水槽的下游段,為保證最大空腔長度的完整性及考慮回水等的影響,挑坎與水流出口處距離為2.8m。一般認為Fr＜7為低弗勞德數,試驗Fr的范圍是在2.4～4。圖1為試驗所采用的摻氣挑坎示意圖,其中α為水槽底坡,β為摻氣挑坎的挑角,L為空腔長度,d為空腔回水深度,Δ為挑坎高度,v為坎上流速,h為坎上水深,Φ1為射流水舌沖擊角。……