黏性泥沙含沙量對(duì)高速水流空化空蝕的影響

董志勇,曾 團(tuán),賈代魯,韓 巖

(浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,浙江 杭州 310023)

高速水流空化空蝕有利也有弊,空化空蝕雖然可以去除廢水中難降解污染物[1]、殺滅原水中病原微生物[2],但是易使高水頭泄水建筑物發(fā)生空蝕破壞。在國(guó)外,如美國(guó)胡佛壩和格倫峽壩泄洪洞的反弧段皆形成長(zhǎng)度超30 m,深度超10 m的空蝕坑[3,4]。在我國(guó),如梅山水庫(kù),在底孔的通氣孔閘門(mén)處發(fā)生了空蝕,1986年8月豐滿水電站溢流壩發(fā)現(xiàn)一處寬22 m、高19 m、深2～3 m的空蝕坑,柘溪水電站溢流壩挑流鼻坎最大蝕深達(dá)7.76 m[5],魯布革水電站閘門(mén)后混凝土被大面積空蝕,最大長(zhǎng)度達(dá)9 m,寬達(dá)8.8 m,深度最大可達(dá)2 m[6]。此外,三門(mén)峽水利樞紐、劉家峽水電站、響洪甸水電站[7]和錦江水庫(kù)[8]等水工建筑物皆發(fā)生了空蝕破壞現(xiàn)象。我國(guó)多沙河流居多,研究泥沙或固體顆粒對(duì)高水頭泄水建筑物中高速水流空化空蝕的影響,具有重要的實(shí)際意義。針對(duì)此類(lèi)研究,較早的研究工作如Harvey等[9-12]提出顆粒表面會(huì)附著氣核,氣核含量會(huì)影響到空泡的形成。常近時(shí)[13]提出渾水較清水更易發(fā)生空蝕。Xiong等[14]發(fā)現(xiàn)靜水壓強(qiáng)越高空蝕程度越深。鑒于江河泥沙含量較多的特性,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開(kāi)始研究含沙量對(duì)空化空蝕的影響。Liao等[15]采用顆粒軌跡模型研究了不同工況下轉(zhuǎn)輪葉片的磨損區(qū)域和程度,結(jié)果顯示空蝕程度隨著含沙量和沙顆粒大小的增大而增強(qiáng)。Romero等[16]對(duì)2種粒徑、3種含沙量進(jìn)行了空蝕試驗(yàn),認(rèn)為在粒徑最大情況下,空蝕量隨著含沙量的增大逐漸增加。……