孔板泄洪洞事故闸门动水下门实验研究

    1、理论分析

    在事故闸门动水下门过程中，泄洪洞内不良水流现象的出现发生在泄洪洞从事故闸门门井卷吸空气后，因此，探讨在不同工况时泄洪洞从事故闸门门井卷吸空气发生的时间具有重要的理论意义。在图1中，取1-1断面和2-2断面，在事故闸门下闸过程中(泄洪洞从事故闸门门井卷吸空气前)，忽略惯性力引起的水头损失和沿程水头损失，建立能量方程，有

式中，Z₁为库水位，V₁为库区1-1断面的行近流速，Z₂为事故闸门门井内的水位，V₂为事故闸门门井内水位的变化速度，h_w为1-1断面和2-2断面间的局部水头损失，主要由事故闸门引起，如果忽略事故闸门处水流的局部水头损失系数ξ的变化，h_w可近似表示为：

式中，Q、A分别为事故闸门处泄洪洞的流量和过水面积；e为事故闸门开度；Q₂为事故闸门门井由于水位下降汇入泄洪洞的流量；Q₃为通过工作闸门的下泄流量。忽略库区的行近速度水头和事故闸门门井内速度水头，且考虑到Q₂《Q₃，于是有

上式表明，在事故闸门下闸过程中，随着事故闸门开度e的逐渐减少，事故闸门门井内的水位Z₂将逐渐降低，当下降至泄洪洞上缘某一临界高程Z_c附近时，事故闸门门井内的空气将被卷入泄洪洞内。在库水位Z₁一定的情况下，工作闸门的开度越小，通过工作闸门的下泄流量Q₃越小，Z_c降低到Z_c所要求的e越小，即发生卷吸空气的时间越晚。

　　记作用水头H=Z₁-Z₃(Z₃为中闸室工作闸门泄流断面中部高程)，近似认为(η可近似看成事故闸门开度和工作闸门开度的函数)，代入上式可得：

    上式表明，在工作闸门的开度一定的情况下，如果事故闸门的下闸方式相同，那么，作用水头H越高，Z₂降低到Z_c所要求的e越小，即发生卷吸空气的时间越晚。

    2、实验模型与实验内容

    实验模型由上游平水塔池、孔板泄洪洞、下游量堰等构成。上游平水塔池长6m，高6.5m，宽1.7m，在泄洪洞进口对应一侧修建有3个溢流口，分别控制3.48m,4.12m，5.12m的模型作用水头，并分别模拟相当于87m，103m和128m的原型作用水头(相当于模型比尺1:25)。孔板泄洪洞由15mm有机玻璃制作，孔板用有机玻璃经车床加工而成。事故闸门精工制作，由变频器、电机、减速器、卷缆机、行程开关等设备控制。下游量堰长10m，宽1.05m，高1.5m，用于量测模型流量。

    试验中将观测不同作用水头(87m，103m，128m)和不同中闸室工作闸门开度(1.0，0.8，0.5，0.25)条件下试验段流态、测试事故门槽及下游闸室段和洞内沿程压力分布、流量，事故门井通气量、风速，事故闸门底缘及门叶下游面脉动压力和时均压力等。并根据试验结果分析有害动水荷载的形成原因，评价其对建筑物的危害程度，为事故闸门动水下门操作提出防范不良现象的措施。

    3、实验成果及分析

    3.1 事故闸门下闸过程中洞内流态的变化规律