一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘的制作方法

1.本发明涉及一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，属于水利水电工程掺气减蚀技术领域。


背景技术：

2.在泄洪过程中，由于大量集中的能量(势能)通过尺寸相对较小的泄水建筑物进行“释放”，必然会对泄水通道过流壁面的结构稳定及安全造成一定影响，当能量过大时则可能造成泄水建筑物破坏，除尽可能对结构平整度、结构强度和体型进行合理处置外，工程上常常在泄水建筑物沿程设置一定尺寸的掺气设施对高速水流进行掺气处理，从而对过流壁面形成掺气保护。常采用掺气坎、掺气槽以及二者自由组合等掺气设施对水流进行强迫掺气。
3.公开号为cn205421200u的中国专利文献，公开了一种泄水建筑物出口挑流消能结构，包括由挑流结构底板和挑流结构边墙构成的挑流结构，所述挑流结构底板的出口端向上翘曲，挑流结构边墙设置在挑流结构底板的两侧，还包括呈槽状的缺口突跌陡槽，所述缺口突跌陡槽设置在挑流结构底板的出口端并延伸至挑流结构的出水口处。此种新型挑流消能结构大大加大水流的纵向扩散度，通过空中扩散、碰撞，降低了单位面积的入水量，从而降低了挑流水舌对下游河床的冲刷能力。
4.该挑流消能结构后接河床，主要用于降低水舌对河床的冲刷作用，而压坡一般后接内宽与压坡出口宽度相同的泄洪洞等明流泄水建筑物，如果将该挑流消能结构应用于压坡，会导致泄洪洞的顶部和过流壁面受到强大的冲击作用，难以达到掺气保护的目的。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘。
6.本发明通过以下技术方案得以实现：
7.一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，所述压坡上缘上沿压坡纵向设有凹槽，所述凹槽的底面为一倾斜面，底面的一端与压坡出口相交，另一端与压坡上缘的顶面相交，所述凹槽的两侧面均为光滑曲面，所述凹槽的横截面形状呈u形。
8.所述凹槽的长度为l＝(0.4～0.7)l0，l0为压坡长度。
9.所述凹槽的底面为矩形，底面的宽度为b＝(0.4～0.7)b，b为压坡出口宽度。
10.所述凹槽的底面相对于过压坡上缘中心线的纵截面对称布置。
11.所述凹槽的压坡出口端深度为h＝(0.1～0.3)h0，h0为压坡出口的原始高度。
12.所述凹槽的两侧面对称，对称面为过压坡上缘中心线的纵截面。
13.所述光滑曲面的形状从压坡出口端至另一端逐渐减小，尺寸也从压坡出口端至另一端逐渐减小到零。
14.所述光滑曲面上靠近压坡出口的一端的水平宽度为a＝(0.15～0.3)b。
15.本发明的有益效果在于：提出了一种全新概念的掺气方式，通过改变水流表面的形状来增大水流表面卷吸空气的能力，它颠覆了以往对过流壁面实现掺气保护只能通过改变侧壁或者底板形状形成掺气空腔的思维，提出了一种实现掺气保护的全新设计思路，且其结构简单，易于实施，可在各种水利工程中广泛应用。
附图说明
16.图1为本发明的立体结构示意图；
17.图2为本发明的俯视结构示意图；
18.图3为图2的左视结构示意图。
具体实施方式
19.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
20.如图1至图3所示，本发明所述的一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，所述压坡上缘上沿压坡纵向设有凹槽，所述凹槽的底面为一倾斜面，底面的一端与压坡出口相交，另一端与压坡上缘的顶面相交，所述凹槽的两侧面均为光滑曲面，所述凹槽的横截面形状呈u形。在使用时，由于凹槽向下凹陷、向两侧挤压，使通过压坡出口后的水流呈宽u形，进而在水流自身的自由扩散作用下形成与过流直墙壁面呈一定角度的急流冲击波，两侧激波在泄槽中间交汇然后继续沿各自原方向传播，形成类似于常规溢洪道敞泄时由于出流边界束窄产生的菱形波，进而极大地增强水流表面自我卷吸空气的能力，并逐渐发展至壁面对其形成掺气保护。
21.所述凹槽的长度为l＝(0.4～0.7)l0，l0为压坡长度。一般情况下，l越大则水流过渡越平顺，但是l过大无疑会增大施工难度，同时也增加工程投资。
22.所述凹槽的底面为矩形，底面的宽度为b＝(0.4～0.7)b，b为压坡出口宽度。b太小，则两侧水流扩散夹角相对较小，形成的菱形激波形状狭长，激波传递的路程较短，不利于掺气；b过大，则将较大程度地影响压坡出口的过流能力，同时由于凹槽两侧的凸起水流量变小，使得其扩散作用减弱，亦无法形成高效的表面掺气。
23.所述凹槽的底面相对于过压坡上缘中心线的纵截面对称布置。以确保出流水面产生的激波沿程对称传播。
24.所述凹槽的压坡出口端深度为h＝(0.1～0.3)h0，h0为压坡出口的原始高度。h值越小，那么出射水流表面高差相对较小，不利于气体的卷吸；而h值过大，则会对压坡出口的泄流能力产生较为明显的影响。
25.所述凹槽的两侧面对称，对称面为过压坡上缘中心线的纵截面。
26.所述光滑曲面的形状从压坡出口端至另一端逐渐减小，尺寸也从压坡出口端至另一端逐渐减小到零。通过光滑曲面使出流水面偏转，以卷吸气体，大大提高掺气效果。
27.所述光滑曲面上靠近压坡出口的一端的水平宽度为a＝(0.15～0.3)b。为避免凹槽突然下凹使水流在其间发生脱离壁面，从而引发空蚀破坏的现象，所以将凹槽的两侧面设计为光滑曲面。
28.常采用掺气坎、掺气槽以及二者自由组合等掺气设施对水流进行强迫掺气，强迫掺气一般仅在一定范围内有效，在水舌碰撞点后，掺气浓度会快速衰减，因此需要设置多个
掺气设施。所以，与强迫掺气相比，本发明对压坡上缘的结构进行全新设计，以达到水流自掺气保护过流壁面的目的，掺气浓度衰减速度慢，且工程投资相对较低。
29.本发明提供的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其有益效果如下：提出了一种全新概念的掺气方式，通过改变水流表面的形状来增大水流表面卷吸空气的能力，它颠覆了以往对过流壁面实现掺气保护只能通过改变侧壁或者底板形状形成掺气空腔的思维，提出了一种实现掺气保护的全新设计思路，且其结构简单，易于实施，可在各种水利工程中广泛应用。


技术特征：
1.一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述压坡上缘上沿压坡纵向设有凹槽，所述凹槽的底面为一倾斜面，底面的一端与压坡出口相交，另一端与压坡上缘的顶面相交，所述凹槽的两侧面均为光滑曲面，所述凹槽的横截面形状呈u形。2.如权利要求1所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述凹槽的长度为l＝(0.4～0.7)l0，l0为压坡长度。3.如权利要求1所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述凹槽的底面为矩形，底面的宽度为b＝(0.4～0.7)b，b为压坡出口宽度。4.如权利要求3所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述凹槽的底面相对于过压坡上缘中心线的纵截面对称布置。5.如权利要求1所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述凹槽的压坡出口端深度为h＝(0.1～0.3)h0，h0为压坡出口的原始高度。6.如权利要求1所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述凹槽的两侧面对称，对称面为过压坡上缘中心线的纵截面。7.如权利要求1所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述光滑曲面的形状从压坡出口端至另一端逐渐减小，尺寸也从压坡出口端至另一端逐渐减小到零。8.如权利要求7所述的能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，其特征在于：所述光滑曲面上靠近压坡出口的一端的水平宽度为a＝(0.15～0.3)b。

技术总结
本发明公开了一种能增强水流表面自掺气能力的压坡上缘，属于水利水电工程掺气减蚀技术领域。所述压坡上缘上沿压坡纵向设有凹槽，所述凹槽的底面为一倾斜面，底面的一端与压坡出口相交，另一端与压坡上缘的顶面相交，所述凹槽的两侧面均为光滑曲面，所述凹槽的横截面形状呈U形。提出了一种全新概念的掺气方式，通过改变水流表面的形状来增大水流表面卷吸空气的能力，它颠覆了以往对过流壁面实现掺气保护只能通过改变侧壁或者底板形状形成掺气空腔的思维，提出了一种实现掺气保护的全新设计思路，且其结构简单，易于实施，可在各种水利工程中广泛应用。程中广泛应用。程中广泛应用。


技术研发人员：补金梓 王文杰 邓书山 李浩
受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2021.08.09
技术公布日：2021/11/9