【摘 要】
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随着我国对水资源可持续开发利用的愈加重视,水利水电工程建设得到了空前的发展。大型水利工程中高水头建筑物在运行过程中会产生许多水力学方面的问题,如建筑物的空蚀破坏会影响水工建筑物的安全运行,水体紊动过于强烈会导致水流与空气掺混激烈,造成下游水体溶解气体超饱和问题,破坏生态环境。因此研究自掺气水流中的气体运动规律尤为重要。本试验将研究无盖与有盖条件下自掺气水流气体运动规律,并对有盖和无盖条件下的气体运
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随着我国对水资源可持续开发利用的愈加重视,水利水电工程建设得到了空前的发展。大型水利工程中高水头建筑物在运行过程中会产生许多水力学方面的问题,如建筑物的空蚀破坏会影响水工建筑物的安全运行,水体紊动过于强烈会导致水流与空气掺混激烈,造成下游水体溶解气体超饱和问题,破坏生态环境。因此研究自掺气水流中的气体运动规律尤为重要。本试验将研究无盖与有盖条件下自掺气水流气体运动规律,并对有盖和无盖条件下的气体运动规律做对比分析。研究结果表明:（1）自掺气水流区域划分:根据自掺气水流掺气浓度分布特性,将水流纵向掺气划分为三个区域:无掺气区、掺气发展区和掺气平衡区;将水流垂向掺气沿水深方向从下至上划分为:无掺气区、气泡悬移区以及水点跃移区。（2）各分区水流流速与水深分布特性:无掺气区与掺气发展区流速自底部向水面增大,表面流速最快;掺气平衡区流速最大值在水流中部偏上的位置,最小值位于水流底部,中部水流流速与上部水流流速相差较小,流速增大速率沿程衰减,其流速分布是一个沿水深方向不断增大,然后再逐渐减小的过程。自掺气水流水深沿程衰减,其衰减速度为:掺气发展区>掺气平衡区>无掺气区。（3）各分区掺气浓度分布与气体迁移扩散运动特性:随流速、水深变化而发生改变。流速增大将增强气体纵向迁移强度,水深增加会降低气体垂向扩散强度,进而影响自掺气水流纵向、垂向以及横向的掺气浓度分布和掺气结构区的长度。同时掺气浓度增大也会使水深增加,流速减小。（4）无盖与有盖条件下掺气浓度分布与气体运动规律:相对于无盖条件下的水流,渠道加盖后掺气浓度和水深减小,水流流速增大。盖顶的存在对气体运动规律的影响主要为两方面。一方面,渠道内气体压力小于大气压力,大量空气随水流紊动的增加向下游迁移,导致渠道进口处的压力与渠道内的空气压差增大,气体随水流同方向高速流动。另一方面跃移出的水点与盖顶发生非弹性碰撞后回落,从而影响掺气浓度的分布情况。本试验研究可为建筑物防空蚀破坏和水生态水环境保护提供参考。
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