小底坡长泄洪洞掺气坎体型优化分析

作     者：覃月 王志刚 李玲 陈永灿 刘昭伟 QIN Yue;WANG Zhigang;LI Ling;CHEN Yongcan;LIU Zhaowei

作者机构：清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 中国水利水电科学研究院水力学研究所北京100038 

出 版 物：《水力发电学报》 (Journal of Hydroelectric Engineering)

年 卷 期：2025年第44卷第1期

页      面：124-134页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：重点研发计划项目(2022YFC3002903) 国家自然科学基金(U21A20157) 水圈科学与水利工程全国重点实验室资助项目(sklhse-TD-2024-B01) 

主　　题：掺气坎 小底坡 阻流坡 空腔积水 低Fr数 

摘      要：掺气坎是防止高速水流泄水建筑物发生空蚀破坏的重要结构,然而,在低Fr数流动及小底坡条件下易发生空腔回水阻塞通气孔的现象,影响掺气效果,为此,考虑在掺气坎下游设置阻流坡以抑制回溯水流的不利影响。通过理论分析和1:25模型试验,建立了含阻流坡的空腔积水力学模型,研究了阻流坡对小底坡长泄洪洞掺气坎空腔积水情况的影响。研究表明:阻流坡主要通过改变射流冲击角θ_(2)大小来影响空腔积水情况;对于小底坡泄洪洞,根据阻流坡角度变化对积水域的影响,可将对应空腔状态分为回流满溢段、阻水优化段、净空腔段3个阶段;在试验工况中,综合考虑阻流效果和掺气效果,最佳坡角在阻水优化段出现(21%γ_(r)41%),此时射流下方形成稳定空腔且水气接触较为充分。本研究可为低Fr数流动下小底坡泄洪洞的掺气坎体型优化提供技术参考。