坡度对阶梯溢洪道水流特性的影响研究

• 作 者: 崔瑞
• 机 构: 新疆农业大学
• 出 处: 新疆农业大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 阶梯溢洪道 模型试验 水面线 时均压强

阶梯作为一种内流消能形式,已被越来越多的应用到水利水电工程中。为了在大单宽流量下安全运行,必须解决阶梯表面发生空化空蚀破坏的问题。尤其是非均匀水流阶梯段的压强特性的研究尤为重要。本文对阶梯溢洪道开展模型试验研究,对不同坡度下阶梯溢洪道水流流态、阶梯表面的压力分布进行了观测和研究。主要研究成果如下：(1)阶梯溢洪道起始阶梯出现明显的水面收缩断面,随后水面逐渐上升,在清水区水面线没有变化,在初始掺气点以后和在掺气均匀点之前溢洪道水面线变化剧烈。(2)清水区中的阶梯竖直面易于产生负压,并且随着单宽流量的增加负压值增加,尤其是第二级阶梯(2#阶梯)不但竖直面在小单宽流量时就产生了负压,而且水平面也产生了负压,随着流量的增加,负压绝对值迅速增加。其余阶梯均是在大单宽流量下竖直面和水平面才可能产生负压。(3)在同一坡度不同阶梯高度下,位于清水区的前4级阶梯和掺气非均匀区的阶梯在大单宽流量下水平面压强产生负压,但差别不是很大。随着单宽流量增加,位于清水区的前4级阶梯竖直面所产生的负压绝对值比掺气非均匀区的阶梯所产生的负压绝对值大,其差值也逐渐加大。(4)随着坡度的变化,阶梯水平面压强和竖直面压强分布基本特性不变,即其压强并不是整体的增加或减小,而是分别在04L和0.5H处附近为分界点,呈.现先减小后增加的变化规律。通过本文研究,揭示了阶梯消能工在单宽流量增加时前几级阶梯容易空化的根本原因。