Введение к работе
Актуальность работы. В соответствии о планом развития народ-
~ного' хозяйства СССР гидротехническое строительство осуществляется в горных районах, что связано с повышением напоров на сооружения до 100 м и более и роотом скоростей /140 м/с/ при обтекашш поверхностей водосливных плотин и водосбросов, о интенсивным развитием кавитационной эрозии.
Опыт эксплуатации высоконапорных сооружений в нашей стране н за рубежем показал, что за короткий срок кавитационные каверны могут достичь 1.5 - 2.0 м, а обьем вынесенного бетона - десятков кубических метров. Известны случаи аварийного разрушения: Супхун-окого /КНДР/, l/eP?o»1a"e,C*Qnd СоаРе, Болдер/США/, Братского, Красноярского,Нурекского /СССР/, Пят, &Ьп fanyon/США/, М'>са Дана-да/,Уоть-Илимского /СССР/, Го lacuсіа /Португалия/.
Борьба о кавитационной эрозией привела к созданюэ ряда направлений по защите Еодосбросов. В первую очередь были использованы, высокопрочные,кавитационяоотойкие материалы,защитные покрытия водосливной поверхности,сглаживание неровностей. Однако все эти меры приводят к значительному удорожании сооружения.
Более простым и эффективным способом борьбы являетоя аэрация пристенного слоя потока. Этот метод основан на существенном увеличения сжимаемости и, как следствие этоге.демпфирующией способности воздушной смеси по отношению к инициированным в ней упругим колебаниям кавитационной природы. Как показывают экспериментальные исследования, при средней концентрации воздуха в потоке 1.5 -2.5 % кавитационная эрозия значительно уменьшается, а при 7-8 % -прекращается совсем. Распределение концентрации воздуха по глубине потока с развитым пограничным слоем подчиняется распределению Гаусса, и при средней концентрации 30 % в придонном слое концентрация составляет около 7 - 8 %.
Имеются решения, позволяющие использовать явление самоаэрации потока. Недостатком данного решения является возможность его применения в потоках о небольшими удельными расходами /8-9 м3/мс при напорах до 100 м".
В настоящее время воздух в придонный слой прдводится искусственно /гидроузлы Красноярский,Братский,Саяно-Шушенский, Gwnd СоаСе .С?еп Canyon .ejelfoujb'fc и др./.
Известны методы, позволяющие определить дальность отлета струи с уступа аэратора и расчитать распределение концентрации воздуха в потоке. Однако до настоящего времени не исследовано
гидродинамическое воздействие сбрасываемой струи на водосливную поверхность водосброса. Отсутствует комплексное реаение по выбору параметров аэратора и их влияние на структуру потока, на характер гидродинамического воздействия. Поетому в настоящее время существует необходимость в исследовании взаимосвязи параметров аэратора о интенсивностью гидродинамического воздействия потока на водосливную поверхность и на степень воздухонасыщэния водного потока. Это связано о тем, что аэрацич потока, как средство зашиты от кавитационного разрушения, получает все большее развитие. Требуется простой и надежный способ инженерного выбора оптимальных соотношений параметров потока и аэратора для дшшого водосброса, что позволит избежать значительных аатрат на устранение последствий кавитационного разрушения водосбросных сооружений.
Работа выполнялась по тема ІЮЇТ СССР по изучению и внедрению тохники и технолоппі 0.65.08 на 1986-1990 роды и заданием Н4 втой программы "Разработать научное обоснование рациональных конструкций высоконапорных водосбросов для пропуска расходов до 10000 мэ/с и разработать рекомендации по аффективным способам гашения внерпш высокоскоростных потоков.
Целью данной работы является определение гидродинамического воздействия потока на водосливную поверхность эа аератором, определение влияния параметров аератора на параметры потока и на его воз-духонаоыщенность.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
определена гидродинамическая нагрузка на водосливную поверхность в области примыкания к ней струи;
исследовано влияние параметров трамплина-аератора на величину пульсаций гидродинамического давления;
- определено влияние апраметров аератора на воздухонаонщеность вод
ного потока;
- произведено сравнение полученных результатов с данными натурных
исследований.
Научная новизна работы. В диссретации исследована работа арратора. Основные елементи научной новизны работы заключается в следующей»
изучено влияние параметров аэратора на величину гидродинамического давления;
определено влияше параметров аэратора на характеристики потока и на его воздухнасшденнность;
получены экспериментальные зависимости позволяющие определить геометрические параметры аэратора и воздухоподводящей системы, величину пульсационного давления на поверхности водосброса и степень воздухонасышения потока.
Практическая ценность работы, заключается в том, что выбор оптимальных параметров аэратора для заданных характеристик потока и водосброса позволяет обеспечить длительную и надежную работу водослива бэз кавитацяонного изнооа, то есть избежать затрат на пе-контно-восстановптольныо раооты, а так же обеспечить минимально возможные гидродинамические нагрузки на водосливную поверхность, что приводит к снижению затрат на возведение сооружения и на облегчение его динамической работы.
Реализация работы. Результаты исследовании использованч в проектных разработках кавитационной защиты водосбросов Иштугапов-окого гидроузла и гидроузла Тери /Индия/.
Структура и объем работы. Диссертация,объемом 169 страниц, оостоит из введении, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 73 отраницы машинописного текста, 52 рисунка,12 таблиц, список литературы из 114 наименовали!!, Б приложении.
