突扩突跌体型侧墙负压区的演变特征_聂孟喜

第26卷第6期水利水电科技进展

2006年12月突扩突跌体型侧墙负压区的演变特征

聂孟喜,段 冰,李琳琳

(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室(筹),北京 100084)

摘要:针对突扩突跌体型泄水建筑物侧墙上呈现出的复杂水力特性,通过大比尺模型试验,测量了突扩突跌体型侧墙上的平面压力分布,绘制了侧墙等压线分布图,并对其分布特征及演变规律进行研究。结果表明,突扩突跌体型侧墙上存在呈椭圆形分布的负压区域,负压区的范围、负压值等随

水头变化较大,但是负压区的中心位置具有相对稳定性,其相对稳定位置与侧空腔的长度有关。关键词:泄水建筑物;突扩突跌体型;建筑物侧墙;压力分布;负压区;等压线

中图分类号:TV13116 文献标识码:A 文章编号:1006O7647(2006)06O0034O03

Evolvementcharacteristicsofzonesofnegativepressurealongsidewallofdischargestructurewithashapeofsuddenlateralenlargementandverticaldrop//NIEMeng-xi,DUANBing,LILin-lin(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering(Preparation),TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:Thepressuredistributionalongthesidewallofadischargestructurewithashapeofsuddenlateralenlargementandverticaldropwasmeasuredthroughlargescalemodeltests.Theisobardistributionalongthesidewallwasplotted,andthecharacteristicsofpressuredistributionanditsevolvementpatternwerestudiedindetail.Theresultsshowthatthezonesofnegativepressureareellipticallydistributedalongthesidewall,andthattheirrangeandthevalueofnegativepressurefluctuategreatlywithwaterhead,whilethecenterofthezonesofnegativepressurealwayskeepssteady,whichisrelatedtothelengthoflateralcavity.Keywords:dischargestructure;shapeofsuddenlateralenlargementandverticaldrop;sidewallofstructure;pressuredistribution;zoneofnegativepressure;isobar

随着坝工技术的提高和我国水利水电建设事业的快速发展,高水头、高流速泄水建筑物正在迅速增加,一批坝高在200~300m的超高坝和超高速水流的巨型水电工程将陆续建成。泄水建筑物中的高速水流问题、空蚀破坏问题日益突出,成为高坝设计、建设的制约因素之一,因而备受工程界及研究人员的关注。

突扩突跌体型侧墙既可以作为掺气设施,满足掺气减蚀的要求,又适合于偏心铰弧门采用同曲面液压密封框止水,以保证闸门止水的安全可靠和优良运行,因此在工程中应用日益普遍。由于侧向突扩的存在,高速水流从有压段流出后发生横向扩散,在侧墙上形成高压冲击带;随后,由于扩散水流受到折冲作用,侧墙压力迅速下降,在流速较高的情况下,有可能产生负压,造成不利影响。由于缺乏成熟的工程经验和理论依据,国内外已建工程中均有侧墙发生空蚀破坏的实例。因此,通过试验来研究突扩突跌体型侧墙压力的分布及演变特征,揭示其对

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50479002)

侧墙空化空蚀的影响,具有现实意义。

1 模型设计与试验内容

试验研究在三峡工程泄洪深孔突扩突跌体型水工模型上进行。原型尺寸:有压洞出口高9m、宽7m,侧扩015m,跌坎高2m。模型按重力相似准则设计,模型比尺为1B30,采用有机玻璃制作,模型最大流量为250L/s,出口断面流速为415~7m/s。在模型的侧墙上,布置了3排时均压力测孔,以测量突扩突跌体型侧墙上的时均压力分布特征及演变规律。模型立视图及侧墙时均压力测点布置如图1所示。

2 试验研究成果

图2为试验测得的侧墙一维时均压力曲线(试验水头215m,中排压力测点)。图示结果表明,由于侧扩水流受到侧墙的折冲作用,冲击带下游的侧墙压力迅速降低,若流速较高,则会在侧墙上形成一定范围的负压区域。经过负压区后,侧墙压力逐步回

作者简介:聂孟喜(1945)),男,河南内黄人,教授,从事水工水力学、近海工程研究。E-mail:niemx@mail.tsinghua.edu.cn

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,,26(6) 025OE-mail:hhu.cn://kkb.edu.

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