[发明专利]一种旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法

说明书

本发明公开了一种旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法，旋流阻塞设置在水平旋流泄洪洞内的旋流洞末端，为旋流洞与下游退水洞的连接段，由阻塞收缩段、均匀段和扩散段组成，进入旋流洞的起旋器喉口平均流速应不大于35m/s，旋流阻塞孔口水流空化数应大于0.3，阻塞收缩段与均匀段连接形式为渐缩式，渐缩段与水平所成倾斜角的取值范围为：0°<α<20°，扩散段与下游退水洞连接方式为渐扩式，扩散段与水平所成倾斜角的取值范围为：0°<β<15°，本发明解决了现有技术中存在的常规的水平旋流泄洪洞极易发生空化空蚀破坏的问题。

技术领域

本发明属于水利水电工程泄洪消能技术领域，具体涉及一种旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法。

背景技术

水平旋流泄洪洞作为一种常规的消能工，具有进口布置设计灵活、消能率高、出口流速低，出口雾化和下游河道冲刷轻等特点，应用于国外前苏联罗贡水电站和印度特立水电站，并在国内首次成功应用于公伯峡水电站。但通过大量研究表明，当作用水头超过100m时，旋流洞内流速可能将超过40m/s，极易引发旋流洞内的空化空蚀，严重威胁旋流泄洪洞的运行安全。为解决上述问题，发明者提出了在旋流洞段末端设置旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法的水平旋流复合内消能方式。设置阻塞可显著增大旋流洞内壁面压强，对竖井与起旋器喉口的有压出流形成顶托，减小洞内流速，从而有效改善水流空化空蚀条件。阻塞可增大水流旋转角，增加水流旋转流程，增加旋流洞的沿程水头损失，因而可大幅提高消能率，使其在高水头泄洪时具有广阔的应用前景。

但是目前在公开的文献和现行规范中尚没有这种旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法的设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法，解决了现有技术中存在的常规的水平旋流泄洪洞极易发生空化空蚀破坏的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种旋流阻塞与扩散复合消能工的设计方法，旋流阻塞设置在水平旋流泄洪洞内的旋流洞末端，为旋流洞与下游退水洞的连接段，由阻塞收缩段、均匀段和扩散段组成。

本发明的特点还在于，

进入旋流洞的起旋器喉口平均流速应不大于35m/s，旋流阻塞孔口水流空化数应大于0.3，计算公式如下：

σ＝(p₃+p_a-p_v)/0.5ρv²＞0.3 (2)

其中：v为起旋器喉口平均流速，为流速系数，p₁为起旋器喉口压强，σ为水流空化数，p₃为旋流阻塞孔口壁面压强，p_a为大气压强，p_v为汽化压强，H为起旋器喉口的总作用水头，ρ为水的密度，g为重力加速度。

阻塞收缩段与均匀段连接形式为渐缩式，渐缩段与水平所成倾斜角的取值范围为：0°<α<20°，扩散段与下游退水洞连接方式为渐扩式，扩散段与水平所成倾斜角的取值范围为：0°<β<15°。