随着水利事业的发展,高坝建筑物越来越多,高速水流对泄水建筑的破坏问题也越来越突出,一方面是建筑物的空蚀破坏;另一方面是水流下泄时流速增大水流动能增加,对建筑物的冲刷严重。虽然台阶式溢洪道在一定条件下能有效解决上述问题,但当流量较大时,水深增大,水流中的掺气浓度较低,空化空蚀现象又将产生。因此加入掺气坎增加水流中掺气浓度,可以防止建筑物在大单宽流量下出现空蚀现象。本文通过模型试验,在阶梯溢洪道上设置不同的掺气坎,研究掺气坎后水流沿程掺气浓度和台阶面的脉动压强分布特性。本试验选择了无掺气坎和加设三种不同掺气坎,6个不同流量级,根据实测数据进行总结分析,主要研究内容与结论如下:(1)分析水流沿程的水面线和流速变化情况可知:在同一流量下,阶梯溢洪道加设前置底掺气坎后,水流强迫掺气,水面线整体增高;底掺气坎坎高增大,坎后空腔增大,掺入的空气越多,水面线增高越明显;底掺气坎加设侧掺气坎后,侧墙附近水流经过挑射,掺入更多空气,水面线增高。同一流量下,阶梯溢洪道水流流速沿程变化不大,增加底掺气坎坎高或增设侧掺气坎,掺气坎后水流流速增大,越到下游对流速影响越小。(2)分析水流沿程掺气坎浓度和泄槽整段消能率情况可知:在同一流量下,阶梯溢洪道前置底掺气坎坎高增加,水流整体掺气浓度增大,阶梯消能工的消能率提高;加设侧掺气坎后,侧墙附近水流掺气浓度明显增大,水流紊动强烈,消能率提高。同一坎型,流量增大时,水流掺气浓度先增大到一定程度后再减小,消能率也是增大到一定程度再减小。(3)分析阶梯溢洪道台阶面压强情况可知:同一工况,水流下泄过程台阶凸角处受到水流冲击紊动最强烈,此处脉动压强最大;由于台阶内有漩涡掺气充分,台阶竖板和平板的中间处压强最小,试验工况下的主频均小于11Hz,属于低频段。