气泡尺寸及其概率分布在掺气减蚀中的作用基本信息

通过掺气水流特性的水槽试验、不同气泡尺寸的掺气减蚀试验、静水中气泡上浮试验和掺气水流原型与模型对比分析，对掺分减蚀中气泡尺寸及其概率分布的特征和作用进行研究，为高坝工程设计提供更加可靠的理论依据，为掺气减蚀研究开拓新的方向。同时，进行多级气泡尺寸的掺气水流数学模型和掺气检测仪器开发，为掺气水流研究提供更先进的技术手段。

掺气减蚀设施，对泄水建筑物的高速水流进行人工掺气,以削弱空化及其溃灭压强而使水流固体边壁减免空蚀破坏的工程设施。例如,在易出现空化的溢流面上设小挑坎,坎下有通气槽与大气相连,急流过坎时局部脱离形成空腔,高速水流底部就会有空气自动被卷吸掺入,水流底部含气层使气泡不会立即散逸;在掺气设施下游相当长范围内可有效防止空蚀破坏。广泛用于高水头泄水建筑物中。

掺气抗蚀设施(aerators)，是使高速水流在其边界附近掺气以防止泄水建筑物边壁材料空蚀破坏的工程设施的统称。一般是在易发生空蚀的过水边壁设置局部挑起、突跌、突扩等体型构造物，使急流通过时产生脱离和低压腔，此低压腔部位有与大气连通的通气孔，于是水流仍能不断挟卷和掺入空气。

掺气抗蚀设施，按体型分,实用设施有挑坎式、跌坎式、跌槽式、挑跌坎式、坎槽联合式以及平面实扩式;除最后一种主要用于高压闸门后水流侧壁掺气外,其余五种都用于水流底部掺气,其中有坎的常合称为掺气坎,有槽的又合称为掺气槽。掺气能改变水流与边壁间的压力状态,使空泡溃灭时作用于边壁的冲击力大为减弱，从而起防蚀作用。但从掺气设施处掺入的空气仍会沿程逐渐逸出，故当高速水流流程很长时,要有多道设施。目前经验表明，一道掺气设施的保护长度可达50~60m。经验还表明,以气体积与水体积之比表示的掺气量达5%时足可使一般混凝土边壁有效抗蚀。水流表面自掺气显然可扩展至全过水断面的部位可不必用上述设施。2100433B

防止泄水建筑物的空蚀破坏是高坝建设中的关键问题之一。掺气减蚀被大量工程实践证明是有效而经济的防空蚀破坏技术。在特殊的水力及边界条件下，不仅流道的底板而且边墙也会遭空蚀破坏。为避免泄水建筑物全过水断面受到空蚀破坏，必需采用侧墙和底板联合掺气减蚀措施。但是，目前缺乏这方面的系统而有效的研究。本项目拟通过试验、理论分析并结合紊流数值模拟的方法开展侧墙与底板联合掺气减蚀的水力特性研究，揭示侧掺气机理与底掺气的差异，研究侧掺气和底掺气设施联合作用时二者的相互影响及作用的基本规律、研究泄水建筑物侧墙和底部联合掺气的综合水力特性，获得三维或全断面良好的掺气水力特性，提高全断面掺气设施的有效性并探讨联合掺气设施的有效保护范围。研究成果对解决三维掺气减蚀技术难题及更好的应用该技术具有促进意义。研究项目具有较为重要的理论意义及应用价值。已初步具备的研究工作基础及条件可保证该研究项目的顺利实施。