[发明专利]高海拔坝工高速水气两相流研究试验方法

说明书

本发明公开了一种高海拔坝工高速水气两相流研究试验方法，采用试验平台进行高坝坝身孔口泄流高速水舌的掺气、雾化特征试验以及高坝泄流的掺气减蚀结构掺气通气特征试验，试验平台包括承压箱、低压气循环系统和高速水循环系统，低压气循环系统包括通气支管，通气支管经通气主管与抽气泵连接；高速水循环系统包括供水支管和回水管路，在供水主管上设有射流泵，在供水支管的出口上设有接口，在接口上连接缩径喷头或强迫掺气结构模型，启动并调节射流泵和回水泵，使供水支管的出水量达到设计高速，启动并调节抽气泵，使承压箱内的真空度达到设计低压，关闭气路进行试验。本发明能够用于开展高海拔、高流速水气两相流作用机理的试验研究。

技术领域

本发明涉及高坝水力学测试技术领域，特别是一种可用于仿真高海拔地区高坝泄流环境，开展低气压高速泄洪水流掺气特征和雾化特征研究的试验方法。

背景技术

水电站是人类用于调控水资源时空分布，提升水能潜在综合利用效益，实现能源可持续发展的基础性福祉工程，也是推动全球电网互联，开创水电美好未来的基础载体。随着我国云贵和西藏地区水电事业的迅速发展，“高水头、大流量、窄河谷”地区的高海拔高坝枢纽在结构设计及泄洪安全等方面也凸现出许多由于气压环境变化引发的新挑战。高海拔地区，由于地理位置特殊，空气稀薄，大气压力降低，导致高速水流的水气作用机制改变。高速水流的掺气和雾化特征，特别是高坝泄流水舌的运动挑距、散裂扩散、水舌碰并效应、水舌击溅效应、入水冲击动量、直冲击区范围、冲击区下游涌浪高度等，受低气压环境的影响程度不确定，直接影响水工模型试验数据的相似引申。

目前的水工减压模型试验用于反演或预演水工结构的空化空蚀特征，减压箱内的真空度基于重力相似准则和空化数相等原理进行控制，试验流速为低速。四川大学搭建的高速射流模型试验装置，用于开展高速淹没射流的冲击压强特性和高速水流空化特性的研究，试验在常压环境下开展。当前的模型试验设备不能同时提供高速水流和低气压环境，不能直接开展高海拔、高流速水气两相流作用机理的试验研究。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高海拔坝工高速水气两相流研究试验方法，能够同时提供高速水流和低气压环境，可用于开展高海拔、高流速水气两相流作用机理的试验研究。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高海拔坝工高速水气两相流研究试验方法，采用试验平台进行高坝坝身孔口泄流高速水舌的掺气、雾化特征试验以及高坝泄流的掺气减蚀结构掺气通气特征试验，所述试验平台包括承压箱、与所述承压箱连接的低压气循环系统以及与所述承压箱连接的高速水循环系统，所述承压箱采用密封结构，设有左端板和右端板，在所述承压箱顶部设有真空压力表，在所述承压箱上设有密封工作门，所述低压气循环系统包括与所述承压箱顶部连接的多个通气支管，所有所述通气支管均匀布置在所述承压箱顶部，所述通气支管与通气主管连接，所述通气主管与所述抽气泵连接，在所述通气主管与所述抽气泵之间设有储气罐；在所述通气主管上设有气路调节阀Ⅰ；所述高速水循环系统包括连接在所述承压箱左端板上的供水支管以及连接在所述承压箱右端板上的回水管路，所述供水支管的进口通过供水主管与储水箱连接，在所述供水主管上设有射流泵和流量计，在所述供水支管的出口上设有接口，在所述回水管路上设有回水泵；在所述接口上连接缩径喷头，启动并调节射流泵和回水泵，使供水支管的出水量达到设计高速，启动并调节抽气泵，使承压箱内的真空度达到设计低压，进行高坝坝身孔口泄流高速水舌的掺气雾化特征试验；在所述接口上连接强迫掺气结构模型，启动并调节射流泵和回水泵，使供水支管的出水量达到设计高速，启动并调节抽气泵，使承压箱内的真空度达到设计低压，进行泄流掺气减蚀结构的掺气通气特征试验。

在所述通气主管上连接有多个补气支管，所有的所述补气支管均匀布置在所述承压箱的顶部，所述补气支管连通常压大气环境，在所述补气支管上设有气路调节阀Ⅱ。