[发明专利]平头孔板初生空化数的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及泄洪洞技术领域，尤其涉及一种泄洪洞中平头孔板初生空化数的确定方法。

背景技术

在中国，坝高超过300m的大坝越来越多。高坝下泄的水流具有巨大的能量，为了消杀掉高坝下泄的巨大能量，传统的消杀方式是建设外部消能设施，然而，由于外部消能设施占据较大的空间，不适合峡谷地区水电项目消能，并且，外部消能雾化问题严重，不可避免地会破坏周边环境。而孔板消能工只需要建设在由临时导流洞改建的泄洪洞内，不但建造方便，而且可以克服外部消能带来的雾化问题，是一种较理想的峡谷高坝消能途径。

参见图1，为目前采用的平头孔板消能工的结构示意图，由于孔板的特殊结构，水流经过孔板时会产生突缩和突扩，从而再孔板前后形成水流的漩滚区，水流内部则产生强剪切和强摩擦，进而消杀掉水流的巨大能量。目前大量研究表明，孔板的初生空化数及其能量损失系数分别反映了孔板抗空蚀破坏的能力及其消能能力，且孔板的初生空化数越小，其抗空蚀破坏的能力越强；其孔板的能力损失系数越大，孔板的消能效果越好。其中，孔板的初生空化数和能量损失系数主要与孔径比β密切相关(β＝d/D，其中，d是孔板的直径，D是泄洪洞直径，d和D见图1)，β越大，孔板的初生空化数越小，孔板抗空蚀破坏能力越强，但孔板的能量损失系数同时也越小，消能效果也会变差。

但上述的研究都是定性分析，虽然对实际工程有指导价值，但是并不适合实际工程的直接应用。因此，目前，亟需根据孔板的体型和水力要素来研究孔板的能量损失系数和初生空化数，从而得到它们之间的定量关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种孔板的初生空化数的确定方法，其能够根据孔板的体型和水力要素来研究孔板的能量损失系数和初生空化数，从而得到它们之间的定量关系，可应用于实际工程。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平头孔板初生空化数的确定方法，其包括步骤：

获取管道水流雷诺数R_e，以及所述平头孔板的孔径比β和厚径比a；

根据所获取的雷诺数R_e、孔径比β和厚径比a，结合数值模拟方法对孔板泄洪洞水流流态进行数值模拟，得到当雷诺数大于或等于10⁵时，所述平头孔板初生空化数σ_i的经验表达式为：

σ_i＝2.1×β^-4.6。

其中，所述数值模拟算法为二维数值模拟方法。

其中，进行二维数值模拟的过程中，关于孔板后最低压强的确定步骤具体包括步骤：

每次数值计算以后，在孔板后缘0.25D的X轴范围内，等间距取出50个断面，每个断面沿Z轴方向又平均取出200个等间距点，查看每个断面上各点的最低压强，将此50断面中的最低压强点的压强近似看作是孔板后的最低压强，其中，D为泄洪洞直径。

进一步地，所述平头孔板初生空化数的确定方法还包括步骤：采用物理模拟试验对所述初生空化数的经验公式进行验证。

有益效果

本发明的平头孔板初生空化数的确定方法，能够孔板的体型和水力要素来确定孔板的能量损失系数和初生空化数，并得到它们之间的定量关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为孔板的结构示意图；

图2为本发明的一种平头孔板的初生空化数的确定方法的一实施例的流程图；

图3为为孔板泄洪洞的三维坐标轴；

图4为计算初生空化数时计算网格的一种划分示意图；

图5为根据a＝0.1时各种孔径比下的初生空化数数据绘制的曲线图；

图6为空化噪声测量系统的一实施例的模块图；

图7a和图7b分别为根据测量结果绘制得到的孔径比为0.6时的背景噪声的声压级和空化初生时的噪声声压级；

图8为孔径比为0.6、0.7、0.78和0.8时初生空化数实测结果和计算结果的对比图。

具体实施方式