游翔升，徐一民，王 卿，薛 彤

(昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院，昆明 650000)

0 引 言

水流在通過(guò)泄水建筑物時(shí)由于流速過(guò)高且無(wú)任何保護(hù)措施的情況下，過(guò)流邊壁往往容易產(chǎn)生水流空化現(xiàn)象，并可能不斷被空蝕破壞，若不及時(shí)加以抑制，將造成更嚴(yán)重的破壞。大量的理論研究及工程實(shí)踐表明向空化數(shù)較低的水流中摻氣是減免空蝕破壞的有效措施[1,2]。但高速水流的自摻氣在大流量的情況下往往難以迅速擴(kuò)散到底部和邊壁，所以工程中常常采用摻氣設(shè)施進(jìn)行強(qiáng)迫摻氣，同時(shí)摻氣設(shè)施力求簡(jiǎn)單有效，以便于施工并保證本身安全不受破壞[3-5]。目前關(guān)于摻氣設(shè)施的研究已逐漸增多，不少學(xué)者從空間三維出發(fā)，考慮其體型沿橫、縱和豎向三個(gè)維度均變化的情況，已經(jīng)提出各種體型的摻氣坎。例如，王海云等[6-9]提出一種新型摻氣坎,其主要表現(xiàn)為一種底部突跌和側(cè)墻加貼角的凸型摻氣坎共同摻氣的形式，使用此類組合的優(yōu)點(diǎn)在于，能有效改善在底空腔的回水情況；同時(shí)，側(cè)腔不受阻礙并直接連接到底腔，從而可以很好地保護(hù)側(cè)壁和底板。龐昌俊[10,11]等提出了一種對(duì)大型龍?zhí)ь^明流泄洪洞小底坡進(jìn)行摻氣的方法，且研究表明：其使用的U型槽式摻氣坎體型優(yōu)良在其試驗(yàn)工況下均能形成穩(wěn)定空腔。吳偉偉等[12,13]設(shè)計(jì)了適用于平底泄洪洞下游一種加設(shè)貼坡的摻氣裝置，研究表明：在此類情況下能夠有效減少空腔回水，明顯提高通氣量，同時(shí)也有助于形成穩(wěn)定的空腔。王海云等[14,15]采用數(shù)值模擬方法研究了三維異型摻氣坎及連續(xù)坎后落水區(qū)的水舌三維流態(tài)以及落水區(qū)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)等水力特性，結(jié)果表明:此類摻氣坎后的水流特性對(duì)流態(tài)不利，主要體現(xiàn)為主流較為集中且所攜帶的能量也聚集在一處，所以在水流沖擊區(qū)域容易造成較大的沖擊破壞；同時(shí)沖擊造成的擴(kuò)散水流容易在邊界處產(chǎn)生積水導(dǎo)致空腔回水深度增大。孫雙科等[16,17]提出“當(dāng)量坎高”的概念，并將其應(yīng)用于小灣泄洪洞內(nèi)凹型摻氣坎上，研究發(fā)現(xiàn)：其能控制坎后空腔回水的深度，提高水流的摻氣效果，有效地降低了邊界的空化空蝕現(xiàn)象。劉超等[18-21]針對(duì)連續(xù)坎、V型坎和凸型坎等特殊坎型采用大比尺的模型試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)研究，試驗(yàn)結(jié)果指出，凸型坎更有利于減弱空腔回水，因?yàn)閾綒饪驳目哺?、挑坎坡度及其橫斷面上的高度差都將影響水舌形態(tài)、水流出射角度及落水點(diǎn)流態(tài)變化，而凸型坎的體型有助于消除不利的空腔回水，可見較其他坎型更具優(yōu)勢(shì)。支拴喜等[22]提出一種齒墩式摻氣坎，此類摻氣坎的優(yōu)勢(shì)在于通氣量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)摻氣坎，甚至某些特定的情況下能超出數(shù)倍，水流中的高含氣量能有效增加摻氣保護(hù)長(zhǎng)度。雖然目前在摻氣減蝕措施的研究上已取得了眾多的成果，并且在很多工程中得到了應(yīng)用，但是在一些特殊的邊界條件和水力條件下，異型摻氣坎還存在更多的作用未開發(fā)，且由于異型摻氣坎水力特性比普通摻氣坎更為復(fù)雜，所以目前有關(guān)異型摻氣坎的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。過(guò)去對(duì)異型摻氣坎的研究很多是針對(duì)體型邊界是直線的“V”型或直線的“凸”型，而邊界為曲線型的異型摻氣坎過(guò)流條件將得到改善。本文通過(guò)模型試驗(yàn)，研究了泄槽底部設(shè)置較為特殊的邊界為曲線型的三維凸型和凹型摻氣坎及傳統(tǒng)直線型連續(xù)摻氣坎的摻氣水流特性，分析三種坎型的優(yōu)缺點(diǎn)，豐富了異型摻氣坎的體型研究，為相關(guān)工程異型摻氣坎的采用提供更多的參考。

1 試驗(yàn)布置

本文試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀伤啻u砌成的引水渠、矩形堰、壓強(qiáng)前池和有機(jī)玻璃制作的泄槽、摻氣坎、供氣系統(tǒng)、消力池組成。并且本實(shí)驗(yàn)采用抽水泵進(jìn)行循環(huán)供水。其中泄槽斷面大小20 cm×20 cm(寬×高)，泄槽長(zhǎng)度4.8m坡度為9°，坡比為i=15%，摻氣坎設(shè)置于泄槽底板且距出口段1.4 m處。為保證充分通氣，供氣系統(tǒng)在底坎摻氣時(shí)采用在坎后側(cè)墻位置均勻設(shè)置4個(gè)總面積為135.02 mm2的通氣孔，且通氣孔左右各兩個(gè)對(duì)稱排列。試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D如1所示。坐標(biāo)系如圖1所示設(shè)定，從摻氣坎尾端開始，y軸為垂直于泄槽底板的方向，x軸為沿平行于泄槽底板的方向。試驗(yàn)選擇了3種類型的摻氣坎分別為：連續(xù)直線型摻氣坎、三維凸、凹型摻氣坎，各坎型最大坎高均為40 mm，挑坎長(zhǎng)度均為200 mm，其中凸型坎兩端坎高和凹型坎中間坎高均為20 mm。3種摻氣坎體型、尺寸分別見圖2、圖3、圖4(圖中標(biāo)注單位為mm)。而凸、凹型摻氣坎的控制曲面可由圖5得出，采用三維模型x2+y2=2602,z=200 mm的圓柱體，再以弦長(zhǎng)為200 mm由內(nèi)向外進(jìn)行切割，當(dāng)切割到最底端時(shí)其長(zhǎng)度為201 mm如圖5所示，最終得出的曲面即是凸、凹型摻氣坎的控制曲面(圖1至圖5中標(biāo)注單位均為mm)。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭DFig.1 Schematic diagram of test model

圖2 直線型摻氣坎三維立體圖(單位：mm)Fig.2 Three-dimensional perspective view of linear aerator

圖3 凸型摻氣坎三維立體圖(單位:mm)Fig.3 Three-dimensional perspective view of convex aerator

圖4 凹型摻氣坎三維立體圖(單位：mm)Fig.4 Three-dimensional perspective view of concave aerator

圖5 凸、凹型摻氣坎控制曲面三維立體圖Fig.5 Three-dimensional perspective view of convex and concave aerated control surfaces

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 流態(tài)試驗(yàn)結(jié)果及分析

選取較為典型0.18 m2/s單寬流量下沿程各水力特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為流態(tài)分析及直觀的表示出流態(tài)的變化，并選取典型工況的試驗(yàn)流態(tài)照片。見如圖6及圖7所示。

圖6 0.18 m2/s單寬流量下沿程各水力特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Fig.6 Basic data of hydraulic characteristics along the path at a single wide flow rate of 0.18 m2/s

圖7 典型工況的試驗(yàn)流態(tài)照片F(xiàn)ig.7 Experimental flow pattern photographs of typical working conditions

圖6中摻氣坎后x=50 cm之前大都為空腔所以底板壓強(qiáng)不予考慮，3種坎型泄槽底板測(cè)點(diǎn)時(shí)均壓強(qiáng)呈逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)水流在摻氣坎后x=110 cm之后，3種坎型的平均壓強(qiáng)基本在0.5～0.6 kPa之間浮動(dòng)，處于相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值。對(duì)比3種坎型沖擊區(qū)平均壓強(qiáng)大小關(guān)系為：直線型摻氣坎>凸型摻氣坎>凹型摻氣坎。對(duì)比3種坎型的沿中軸線坎高可知，凹型摻氣坎的坎高最小，沿中軸線水流挑射高度要小于直線型摻氣坎和凸型摻氣坎，其水流的沖擊能量要小于其他兩種坎型，故其底板平均壓強(qiáng)要小于其他兩種坎型。對(duì)比沿中軸線坎高相同的兩種坎型，凸型摻氣坎底板平均壓強(qiáng)更小，原因在于凸型摻氣坎橫斷呈上凸型，挑射水流主流較為分散且落點(diǎn)呈下凸型較為分散，沖擊底板的能量也相對(duì)較小，所以其沖擊底板的平均壓強(qiáng)較小。反之直線型摻氣坎的挑射水流主流相對(duì)集中，落點(diǎn)接近一條直線較為集中，其沖擊底板的能量大于凸型摻氣坎，故相同流量下直線型摻氣坎的平均壓強(qiáng)最大。由此可以看出凹型摻氣坎和凸型摻氣坎對(duì)于減弱底板的平均壓強(qiáng)有利。

根據(jù)上述試驗(yàn)方案，得到的流態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析為：①凸型坎方案在各工況下，水流經(jīng)過(guò)坎頂后由于受到重力和慣性力作用均能形成明顯的空腔，且空腔在前半段均延續(xù)凸型坎邊界的形狀，后半段由于在水流沖擊點(diǎn)處，水流上溯均存在強(qiáng)烈的回旋現(xiàn)象。觀測(cè)水舌落點(diǎn)后水面呈乳白色，表示摻入一定量的氣體于水中；此坎型在各工況下的空腔回水均不強(qiáng)烈，特別是小流量的情況下，基本無(wú)回水。②凹型坎方案在各工況下，水流經(jīng)過(guò)摻氣坎后均能形成較明顯的底空腔和側(cè)空腔，但隨著流量增大，側(cè)空腔越漸大于底空腔，并且能明顯看出側(cè)墻摻氣量增大，其余底板流態(tài)類似于凸型摻氣坎方案。③直線型坎方案在各工況下，水流經(jīng)過(guò)摻氣坎由于邊界長(zhǎng)度較短在重力和慣性力作用下形成的空腔均較長(zhǎng)，但在水舌落點(diǎn)處沖擊較為強(qiáng)烈，增加了空腔內(nèi)積水；在大流量的情況下，坎下底空腔間歇性被回水大部分淹沒(méi)，致使部分通氣孔通氣不暢。

2.2 單寬流量與空腔長(zhǎng)度的關(guān)系

因?yàn)榭涨婚L(zhǎng)度主要影響著水舌形狀、摻氣設(shè)施的摻氣量以及有效保護(hù)范圍，所以衡量摻氣效果的重要水力指標(biāo)主要在于其空腔長(zhǎng)度。鑒于模型中的曲線凸、凹型坎坎型因素，導(dǎo)致坎后水流形態(tài)和空腔形狀在底板中軸線和側(cè)墻處有明顯差異，所以本文將底空腔長(zhǎng)度分成兩部分：空腔長(zhǎng)度L中(是摻氣坎后沿泄槽中軸線產(chǎn)生的底空腔長(zhǎng)度)；空腔長(zhǎng)度L側(cè)(摻氣坎后沿泄槽側(cè)墻處的底空腔長(zhǎng)度)。試驗(yàn)實(shí)測(cè)了3種摻氣坎在4種不同單寬流量q=0.14、0.16、0.18、0.20 m2/s下的空腔長(zhǎng)度，結(jié)果見圖8。由圖8可見：首先，各型摻氣坎的L中、L側(cè)都是隨著單寬流量的增大而增大；對(duì)同一單寬流量不同摻氣坎的L中，直線型摻氣坎>凸型摻氣坎>凹型摻氣坎。對(duì)同一單寬流量的L側(cè)，則是直線型摻氣坎>凹型摻氣坎>凸型摻氣坎。其次，凸型坎和凹型坎L中的差值，隨著流量的增加基本上保持一個(gè)定數(shù)，而直線型摻氣坎L中與凸型坎或凹型坎L中的差值則隨流量的增加而不斷加大。另外，對(duì)各級(jí)流量，直線型摻氣坎和凹型摻氣坎L側(cè)的差值不大，但二者與凸型坎L側(cè)的差值則比較大。因凸型坎其中間坎高較高兩側(cè)較低，空腔形狀上表面基本也呈現(xiàn)一個(gè)凸面，又由于凸型的空腔形狀導(dǎo)致空腔內(nèi)中部空氣向兩側(cè)擴(kuò)散進(jìn)而更加壓縮L側(cè)，故凸型坎的側(cè)空腔長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于其余兩者。最后來(lái)流條件和水槽條件一定時(shí)，摻氣坎高在橫斷面方向的變化會(huì)明顯影響摻氣空腔的長(zhǎng)度；對(duì)曲線型異型坎來(lái)說(shuō)，它們?cè)跈M斷面上不論是左右兩側(cè)或中部的坎高降低后都會(huì)明顯的影響L中、L側(cè)，使空腔長(zhǎng)度減小。

圖8 單寬流量與空腔長(zhǎng)度關(guān)系圖Fig.8 Relationship between single width flow rate and cavity length

2.3 弗勞德數(shù)與空腔長(zhǎng)度的關(guān)系

表1 各工況下流速及水深分布Tab.1 Flow rate and water depth distribution under various working conditions

經(jīng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)了3類坎型前述4組單寬流量下坎頂處的水流弗勞德數(shù)Fr與摻氣坎后空腔長(zhǎng)度L中和L側(cè)，試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖9 弗勞德數(shù)Fr與中底空腔長(zhǎng)度關(guān)系圖Fig.9 The relation between Froude number Fr and the length of midsole cavity

由于水槽下泄水流的流量與水流的弗勞德數(shù)有一定的相關(guān)關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明，各摻氣坎型的L中和L側(cè)隨Fr的變化規(guī)律大致與它們隨流量q的變化規(guī)律相同，L中和L側(cè)都隨弗勞德數(shù)Fr的增大而增大。

具體看，弗勞德數(shù)Fr從3.58～4.48變化范圍內(nèi)增幅分別為：0.18、0.49、0.23，其對(duì)應(yīng)的直線型摻氣坎L中增幅分別為：5、8、6 cm；凸型摻氣坎中L中增幅分別為：2、3、8 cm；凹型摻氣坎L中增幅分別為：3、3、7 cm；其對(duì)應(yīng)的直線型摻氣坎L側(cè)增幅分別為：4、2、12 cm；凸型摻氣坎L側(cè)增幅分別為：2、2、6 cm；凹型摻氣坎L側(cè)增幅分別為：6、2、6 cm。

2.4 單寬流量與空腔回水的關(guān)系

本文空腔回水深度(以圖1所示)最大值d為標(biāo)準(zhǔn)，分析不同坎型單寬流量q與空腔回水深度d的關(guān)系，空腔回水最大深度d值越大說(shuō)明空腔回水越大。模型中分別實(shí)測(cè)了3種摻氣坎型空腔回水深度d隨四組單寬流量q的數(shù)據(jù)變化見圖10。

圖10 單寬流量q與空腔回水深度d的關(guān)系Fig.10 Elationship between single width flow q and cavity backwater depth d

由圖10可見，在試驗(yàn)水槽條件及流量范圍內(nèi)，在單寬流量0.14～0.2 m3/s的過(guò)程中各坎型的空腔回水深度變化幅度各不相同，直線型摻氣坎增幅為16 cm；凹型摻氣坎增幅為13 cm；凸型摻氣坎增幅為10 cm；由此可知凸型摻氣坎在各級(jí)流量時(shí)空腔回水深度都最小。q=0.2 m3/s時(shí)，凸型摻氣坎的最大回水深度d為直線型摻氣坎最大回水深度的0.6倍。由圖10還可看出，在小流量情況下，各坎型之間空腔回水深度差別不大，隨著流量增加差別逐漸增大。其原因在于小流量情況下，流速及空腔長(zhǎng)度等水力要素也都較小，所以不可能產(chǎn)生差別太明顯的空腔回水深度。試驗(yàn)結(jié)果表明，3種體型的摻氣坎中，凸型坎對(duì)減小空腔回水比較有利，特別是在較大流量時(shí)效果更明顯。

2.5 不同流量下3種坎型摻氣濃度對(duì)比

除了空腔大小、空腔回水深度這些因素外，檢驗(yàn)摻氣坎摻氣效果好壞還有一最直觀的判斷因素為摻氣濃度。同時(shí)試驗(yàn)中測(cè)量水流摻氣濃度的儀器，為中國(guó)水利水電科學(xué)研究院CQ6-2005型摻氣濃度儀。泄槽底板摻氣濃度測(cè)點(diǎn)位置為沿底板中軸線距底板水深為2 cm處的水流摻氣濃度，近側(cè)墻處的摻氣濃度測(cè)點(diǎn)位置為距左側(cè)墻2 cm，水深2 cm處水流的摻氣濃度(由于左右對(duì)稱，側(cè)墻摻氣濃度只測(cè)左墻)。底板和側(cè)墻摻氣濃度均從坎后水舌落點(diǎn)開始往下游測(cè)量，沿程測(cè)點(diǎn)間距均為10 cm。測(cè)量3種摻氣坎沿泄槽底板和近側(cè)墻處的摻氣濃度并進(jìn)行對(duì)比。

2.5.1 不同流量下各坎型摻氣坎后泄槽近壁摻氣濃度沿程分布

試驗(yàn)實(shí)測(cè)了流量q=0.20、0.18、0.16、0.14 m2/s時(shí)3種摻氣坎摻氣空腔后泄槽近底板和近側(cè)墻摻氣濃度沿程分布。試驗(yàn)所得各級(jí)流量時(shí)摻氣坎后泄槽近壁摻氣濃度的分布形式基本相同，圖11分別為q=0.20 m2/s時(shí)各型摻氣坎摻氣空腔后泄槽近底板水流摻氣濃度Cd和近側(cè)墻水流摻氣濃度Cw的沿程分布；圖12別為q=0.14 m2/s時(shí)各型摻氣坎摻氣空腔后泄槽近底板水流摻氣濃度Cd和近側(cè)墻水流摻氣濃度Cw的沿程分布。

圖11 q=0.20 m2/s時(shí)各坎型摻氣坎摻氣濃度沿程分布Fig.11 Distribution of aeration concentration along each bucket type aeration bucket when q=0.20 m2/s

圖12 q=0.14 m2/s時(shí)各坎型摻氣坎摻氣濃度沿程分布Fig.12 Distribution of aeration concentration along each bucket type aeration bucket when q=0.14 m2/s

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同流量時(shí)各型摻氣坎摻氣空腔后不論是近底板還是近側(cè)墻，水流摻氣濃度沿程均迅速衰減，至一定距離后均大致維持在較小的數(shù)值以較小的幅度波動(dòng)。不同體型摻氣坎對(duì)近壁水流摻氣濃度的主要影響范圍基本都在x<100 cm，在此范圍內(nèi)大流量時(shí)近底板和近邊墻的摻氣濃度大于小流量時(shí)對(duì)應(yīng)位置的摻氣濃度。各流量下近底板的摻氣濃度凸型摻氣坎較大，凹型摻氣坎的最小，而邊墻的摻氣濃度則是凸型坎的最小。說(shuō)明摻氣坎形式對(duì)底板及側(cè)墻處水流摻氣濃度的影響是不同的，凹型摻氣坎對(duì)保護(hù)泄槽底板不利，凸型摻氣坎對(duì)保護(hù)泄槽邊墻不利。x>100 cm后，不同坎型不同流量的近壁(包括底板和邊墻)水流摻氣濃度差別不大，說(shuō)明水流運(yùn)行到該區(qū)域時(shí)由摻氣設(shè)施進(jìn)入的空氣基本上已逸出，此后水流中的摻氣濃度主要由自摻氣決定。

2.5.2 不同流量下各坎型摻氣坎摻氣保護(hù)長(zhǎng)度分析

大量工程實(shí)踐表明當(dāng)水流的近壁摻氣濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)可以有效地減小空蝕破壞甚至避免[23]。我國(guó)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)摻氣減蝕設(shè)施的要求與建議為：臨近保護(hù)面的摻氣濃度不宜低于3%～4%[24]。本試驗(yàn)泄槽底板和邊壁的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度姑且以近壁水流摻氣濃度3%為標(biāo)準(zhǔn)，并分別以底板和邊墻測(cè)點(diǎn)處的摻氣濃度代表近底板和近邊墻水流的摻氣濃度，認(rèn)為從摻氣坎末端到泄槽底板和邊墻近壁水流摻氣濃度Cd≥3%和Cw≥3%處的距離為底板摻氣保護(hù)長(zhǎng)度L底保和邊墻摻氣保護(hù)長(zhǎng)度L側(cè)保。試驗(yàn)測(cè)得各級(jí)流量下L底保和L側(cè)保見表2。

表2 不同流量時(shí)3種摻氣坎底板、邊墻摻氣保護(hù)長(zhǎng)度Tab.2 Aeration protection length of floor and sidewall of three aeration campuses at different flow rates

試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)水槽和來(lái)流條件相同的情況下，同種摻氣坎于泄槽底板和邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度也基本上是隨流量的增大而增大的。而針對(duì)不同形式摻氣坎進(jìn)行橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，泄槽底板和邊墻各自具有一定范圍的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度，若超出該范圍，水流只依靠自摻氣便很難使近壁處水流摻氣濃度達(dá)到摻氣減蝕對(duì)摻氣濃度的要求。但3種摻氣坎由于坎高在橫向上的分布不同，導(dǎo)致近壁處水流摻氣濃度分布不同，因而摻氣保護(hù)長(zhǎng)度也將不同。對(duì)直線型摻氣坎，泄槽底板的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度最大，而且與邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度的差值最小，其中3組流量都是底板的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度大于邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度。凸型摻氣坎的情況基本與直線型摻氣坎的情況相同，只是底板和邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度都小于同流量時(shí)直線型摻氣坎的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度，特別是邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度減少得更明顯。凹型摻氣坎則與前兩種摻氣坎的情況相反，在2種摻氣坎中，凹型摻氣坎的底板摻氣保護(hù)長(zhǎng)度最短，邊墻摻氣保護(hù)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，而且底板的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度小于邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度。而且其邊墻保護(hù)長(zhǎng)度可比直線型坎的邊墻保護(hù)長(zhǎng)度增大4%～37%，比凸型坎的邊墻保護(hù)長(zhǎng)度增大得更明顯。說(shuō)明凹型摻氣坎對(duì)保護(hù)邊墻免遭空蝕破壞、增大邊墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度是有利的。

3 結(jié) 論

經(jīng)研究泄槽底部設(shè)置較為特殊的邊界為曲線型的三維凸型和凹型摻氣坎的摻氣水流特性，并將同種條件下傳統(tǒng)直線型連續(xù)摻氣坎的摻氣水流特性與之做比較，得出以下主要結(jié)論。

由于這3種摻氣坎的坎高在橫向上的分布不同，導(dǎo)致?lián)綒饪埠蟮膿綒馑魈匦杂忻黠@的差異。各型摻氣坎的沿水槽中軸線處底空腔長(zhǎng)度和邊墻處的底空腔長(zhǎng)度都隨流量的增大而增大。流量相同時(shí)，直線型摻氣坎的中軸線處底空腔長(zhǎng)度和邊墻處的底空腔長(zhǎng)度均大于另外兩種摻氣坎，但其空腔回水深度也最大。3種摻氣坎中，水槽中軸線處底空腔長(zhǎng)度，凹型坎的最短，另外兩種的接近；邊墻處的底空腔長(zhǎng)度，凸型坎的最短，另外兩種的接近。來(lái)流弗勞德數(shù)與摻氣空腔長(zhǎng)度的關(guān)系同流量與空腔長(zhǎng)度的關(guān)系相近。

3種摻氣坎空腔回水深度均隨著流量的增大而增大。但流量相同時(shí)凸型坎的空腔回水深度均小于其他兩種摻氣坎。凸型坎對(duì)減小空腔回水比較有利，特別是在較大流量時(shí)效果更明顯。

不同流量時(shí)各型摻氣坎摻氣空腔后近底板和近側(cè)墻的水流摻氣濃度均在短距離內(nèi)迅速衰減。3種摻氣坎中，直線型摻氣坎對(duì)泄槽底板的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，凸型坎次之，凹型坎最短。凹型摻氣坎對(duì)泄槽側(cè)墻的摻氣保護(hù)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，且表現(xiàn)為底板小于邊墻，故凹型摻氣坎對(duì)保護(hù)邊墻免遭空蝕破壞、增大邊墻的保護(hù)范圍是有利的。

□