水平旋流泄洪洞设计研究：近壁掺气浓度分布

4.4.4.1　闸门开启过程中掺气浓度分布

第三次过水试验，闸门开启过程中E—E断面3个测点F-YX-07S、F-YX-08S和F-YX-10S掺气浓度时间过程线差异很大，说明水流并不对称。工作闸门全开后，各测点掺气浓度波动范围分别为6%～48%、19%～40%和13%附近波动，说明E—E断面在空腔的末端，且空腔是波动的。

闸门开启过程，测点F YX 12S的掺气浓度逐渐减小，闸门开启380s（闸门开度72%）后掺气浓度值渐趋稳定。当开度小于72%时，该测点的掺气浓度较高，在20%～80%范围内变化。闸门开启过程，水流出环形掺气坎后主要顺竖井的中心跌落，竖井边壁的水体相对较少，即在开门初期，环形掺气坎下游空腔很长，随着闸门开度的增加，空腔长度逐渐缩短，最后渐趋稳定。

闸门开启（开度2%）后，起旋室内即形成了旋转水流，随着闸门开度的增加，旋流能量增加并逐渐向下游推进，最终旋流洞全段内出现了旋转流动。旋流洞测点F-YX-19P在闸门开启后27s内，测点掺气浓度很高，约为75%，表明该测点仅被少量水体触及，旋转水流没有抵达该部位。闸门开度大于6%后，该测点被旋转水流淹没，掺气浓度值也迅速降低，在不到10s的时间内，该测点的掺气浓度值趋于稳态值。

4.4.4.2　工作闸门全开后掺气浓度分布

（1）电阻式掺气仪测量成果。D—D断面的4个测点的掺气浓度很高，均超过75%，表明测点位置在空腔内。E—E断面的3个测点的掺气浓度值在7.5%～34.5%之间变化，掺气浓度值也较大，表明E—E断面距离空腔末端的距离很近。第三次过水试验，E—E

断面上3个测点F-YX-07S、F-YX-08S和F-YX-10S的掺气浓度分别是8.7%、34.5%和13.6%，均大于第一、第二次过水试验的结果。从E—E断面三次试验掺气浓度值的变化情况看：①第三次过水试验掺气空腔末端已经延伸至E—E断面，且环周水流不对称；②即使忽略三次过水试验的总体挟气量的差异，单从测点位置离空腔末端越近，掺气浓度越高这一特点来看，也预示着第三次过水试验空腔最长，第二次过水试验空腔最短，第一次过水试验介于二者之间。(www.xing528.com)

竖井段沿程掺气浓度的分布规律是：在距空腔末端10.0m范围内掺气浓度迅速降低，之后过流表面的掺气浓度趋于稳定。F—F断面与E—E断面的高程差是10.0m，3次过水试验中，F—F断面测点F-YX-12S的掺气浓度值分别为2.2%、1.4%和1.3%，掺气浓度相对较小。

旋流洞段4—4断面测点F-YX-19P在3次过水试验中的掺气浓度值分别是1.6%、1.3%和0.5%，略小于测点F-YX-12S的掺气浓度值。

（2）电导率仪掺气测量成果。电导率仪测量结果表明，各测点的掺气浓度值波动较大，掺气浓度波动最大是E—E断面上的两个测点F XY 07S和F-YX-08S，测点F-YX-07S的最大掺气浓度接近80%，最小掺气浓度不到1%；测点F-YX-08S的最大掺气浓度为73.7%，最小掺气浓度也不足1%；测点F-YX-10S掺气浓度变化幅度稍小，其最大、最小和平均掺气浓度分别是74.2%、5.5%和11.8%。从这3个测点掺气浓度的时域特性可见，第三次过水试验工作闸门全开后，掺气空腔的末端在E—E断面附近，即掺气空腔的长度为17.0m左右。受掺气空腔波动的影响，测点F-YX-12S掺气浓度的变化也较大。

第三次过水试验闸门全开后，用电导率仪进行了4组掺气浓度测量。测点F-YX-12S的平均掺气浓度分别是2.7%、2.6%、2.0%和1.9%，测点F-YX-19P的平均掺气浓度为1.7%、1.7%、1.0%和1.0%，均大于电阻式掺气浓度仪的测量结果。

（3）两种仪器测试成果的比较。电阻式掺气浓度仪属于静态测试仪器，其测量技术相对较为成熟、精度较高，按规范中有关标准，对过水建筑物的掺气减蚀效果进行评判时，也是依此仪器的测值为依据。电阻式掺气浓度仪的缺点是只能进行静态均值测量。

电导率仪测量掺气浓度是一种新的测量方法，其测量结果能够反应掺气浓度的动态变化情况，有利于分析掺气水流的真实特性。比较两种仪器的平均测量结果发现，电导率仪测量的平均掺气浓度值稍大，但测值在同一量级范围内，因此两者可互为印证。