高流速、缓底坡泄洪隧洞掺气槽掺气保护长度的研究结题报告.doc

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1、 项目编号 1210486042 武汉大学国家大学生创新创业训练项目结题报告高流速、缓底坡泄洪隧洞掺气槽掺气保护长度的研究院（系）名 称：水利水电学院专 业 名 称 ：农业水利工程 学 生 姓 名 ：张靖文 李星 黑灿 汤志立 夏春晨指 导 教 师 ：王均星 教授 二一三年九月FINAL REPORT OF PLANNING PROJECT OF INNOVATION AND ENTREPRENEURSHIP TRAINING OF NATIONAL UNDERGRADUATE OF WUHAN UNIVERSITYHigh velocity、slow bottom slope flood d

2、ischarge tunnel air entrained tank air entrained protection length researchCollege ：Wuhan University Subject ： Agriculture Water Conservancy Engeering Name ：Zhang Jingwen Li Xing Hei Can Tang Zhili Xia Chunchen Director ：Wang Junxing Professor September 2013郑 重 声 明本人呈交的结题报告，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所

3、有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本报告的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本报告所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本报告的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要高流速泄水建筑物（如泄洪隧洞）的某些部位，建筑物表面常常会发生空蚀破坏，工程实践证明通过掺气槽向水流中进行人工掺气是减少空蚀危害的有效措施1。掺气槽掺气保护长度的影响因素较多，有关掺气设施的各项水力指标的设计和计算多依赖于经验和定性的研究。目前国内对掺气槽掺气保护长度的研究主要采用模型试验和数值模拟等手段。本项目针对高流速、缓底坡泄洪隧洞的特点，依托1:

4、50的四川大渡河长河坝泄洪隧洞水工试验模型，采取水工模型试验与数值模拟相结合的研究方法。水工模型试验时采取将掺气浓度仪和图像处理技术相结合的方法来研究相关结论。通过两种方法的综合应用与比较，探究出水流掺气后气泡的运动规律，研究出适用于缓底坡泄洪隧洞的掺气槽掺气保护长度的相关结论。其中图像处理技术具体操作为：利用传统掺气浓度仪测量水流中气泡浓度同时用照相机拍摄相应位置水流掺气后的照片，运用Matlab、Photoshop等软件处理照片，统计得出照片某处灰度与相应位置水流中气泡浓度的对应关系，进而得出不同流速区域掺气槽掺气后气泡的消散规律2。 本项目创新性地采用图像处理技术，将其他行业广泛应用的技

5、术运用于掺气槽掺气保护长度的研究，有利于减少试验误差，降低研究成本，增大观测范围，同时为水电行业相关课题研究提供新的思路和方向。关键词：掺气减蚀；图像处理；气泡消散规律；掺气保护长度ABSTRACTSome parts of the high velocity discharge structures (such as spillway tunnel), the surfaces of buildings often occur cavitation damage, manual aerated flow is proven effective measures to reduce cavit

6、ation erosion hazards by engineering practice. The impact factors of aeration protection length of aeration tank is complex, aerator hydraulic indicators and more dependent on the experience of the relationship and qualitative research, the complexity of the flow rate of the flow pattern experiment

7、brought considerable error. The aeration protection length of aeration tank main means of model tests and numerical simulation in domestic, digital image processing and other applications of emerging technologies in the area is rare.This project for high flow rates, mild slope characteristics based

8、on the Sichuan the Dadu Changheba spillway tunnel hydraulic test model, to take a combination of research methods of hydraulic model tests and numerical simulation. Hydraulic model experiment is to take the the air concentration instrument and image processing technology combination to study the rel

9、evant conclusions. Through the comprehensive application and comparison of the two methods, explore the law of motion of bubbles in the water aerated, researched aerated tank suitable for mild slope spillway tunnel length conclusion of aerated protection, and to provide a reference for similar engin

10、eering. The specific operation of the image processing technology: Use traditional air concentration to measured the bubble concentration doped the downstream gas tank in different regions, combine camera photos after the corresponding position in the flow entrainment, use Matlab, Photoshop and othe

11、r software to deal with processing photos,to get statistical photo somewhere in the gray bubble concentration correspondence between, and then come to a different velocity regions aeration tank doped gas bubbles dissipate law.This project innovatively uses image processing technology, and takes othe

12、r industries widely used technology into the length of the aerated tank protection, which helps to reduce the experimental error, reduce research costs and increase the scope of observations, to promote the hydropower industry and other industries merging, as well as the hydropower industry research

13、 to provide new ideas and direction.Key words: air entained；ablation；gas bubbles dissipate law；length conclusion of aerated protection；image processing目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1研究背景11.1.1空蚀背景11.1.2研究依托工程概况21.2研究意义31.3项目研究方法41.4项目研究内容4第2章 试验设备52.1测量仪器设备52.2主要测量仪器设备介绍62.2.1CQ6-2005型掺气浓度仪62.2.2高速旋桨流速仪

14、72.2.3单反相机8第3章 模型试验93.1 模型试验概况93.2 试验设备的使用及优化93.2.1 照片效果优化准备93.2.2 CQ6-2005掺气浓度仪的使用103.3试验模型的完善113.3.1模型测量孔的优化113.3.2贴片式掺气浓度仪的设置123.4试验数据获取与整理123.4.1试验工况133.4.2掺气浓度值记录133.4.3试验照片整理13第4章 掺气浓度值19第5章 掺气浓度分布规律225.1掺气浓度曲线225.2掺气保护长度25第6章 掺气浓度与图片灰度对应关系276.1掺气浓度与图片灰度276.2掺气浓度与图片灰度对应关系30第7章 数值模拟347.1数值模拟边界条

15、件357.2数值模拟结果357.2.1横断面367.2.2纵剖面377.3掺气保护长度规律40第8章 结论与展望42参考文献44致谢45第1章 绪论1.1研究背景1.1.1空蚀背景国内外大量的水利工程实例说明，在高流速泄水建筑物（如泄洪隧洞）中的某些部位，建筑物表面常常发生空蚀破坏，直接影响建筑物的寿命，甚至造成整个建筑物的失事。人们对掺气能够减免空蚀的研究是在掌握了空蚀空化原理之后，来解决实际问题的。空化现象是由于液流系统中的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸汽压)使液体蒸发而引起的微气泡(或称为气核)爆发性生长现象；空泡在随液体流动过程中，遇到周围压力增大时，体积急剧缩小或溃灭，由于空

16、泡在溃灭时产生很大的瞬时压强，当溃灭发生在固体表面附近时，水流中不断溃灭的空泡所产生的高压强的反复作用，可破坏固体表面，这种现象称为空蚀。在1937年，水利专家已经认识到在水流中掺气可以减轻对泄水建筑物表面的破坏，其应用于工程实践是开始于20世纪60年代，掺气被证明是解决空蚀破坏的最有效的途径3。目前掺气减蚀已在溢洪道、泄洪洞、陡槽、闸下出流、竖井等高水头大单宽流量的泄水建筑物中得到广泛的应用，并取得了显著的减蚀效果和社会经济效益。目前工程上用的比较多的是崔陇天根据原型观测和模型试验资料提出掺气保护长度的计算公式： （1.1）但由于掺气槽的保护长度的影响因素复杂，受诸多因素影响，而且有关掺气设

17、施的各项水力指标的设计和计算多依赖于经验和定性的研究，还不能从理论上得到解决4。目前国内对掺气槽的研究主要采用模型试验辅助以数值模拟等传统手段，采用数字图像处理等其他新兴技术运用于该方面的研究却很少。1.1.2研究依托工程概况长河坝水电站系大渡河干流水电规划“三库22级”的第10级电站，上接猴子岩电站，下游为黄金坪电站。工程区位于四川省康定县境内，坝址位于大渡河上游金汤河口以下约7km河段，距上游的丹巴县约85km，距下游的泸定县为50km，距成都约360km，库坝区有省道S211公路相通，并在瓦斯河口与国道318线相接，交通较方便。长河坝水电站是以单一发电为主的大型水库电站，无航运、漂木、防

18、洪、灌溉等综合利用要求。坝址控制流域面积56648km2，占全流域面积的73.2%，多年平均流量约839m3/s。长河坝水电站正常蓄水位为1690.00m，正常蓄水位以下库容为10.15亿m3，电站装机容量为2600MW。电站的开发任务主要为发电，枢纽由砾石土心墙堆石坝、左岸地下引水发电系统和右岸三条泄洪洞及一条放空洞组成。导流方式为断流围堰，布置两条初期导流隧洞和一条中期导流隧洞 。图1.1 四川大渡河长河坝泄洪隧洞模型（比例：1:50）图1.1所示为本项目依托1:50的大渡河泄洪隧洞模型。一般认为，当混凝土过流面上水流流速在30m/s左右时，可根据具体情况确定是否设置掺气减蚀设施，当流速大

19、于35m/s时，应设置掺气减蚀设施。美国专家布格和蒋赛廷根据国内外一些工程实践经验总结后提出：当水流空化数介于0.31.7时，应严格控制不平整度；当介于0.120.3时，要采用掺气设施；当小于0.12时应修改设计。一般认为，当混凝土过流面上水流流速在30m/s左右时，可根据具体情况确定是否设置掺气减蚀设施，当流速大于35m/s时，应设置掺气减蚀设施。本项目的入手工程四川大渡河长河坝工程是高水头坝，流速较大，根据模型试验结果得出的空化数以及流速结果该工程必须设置掺气掺气减蚀设施8。向高速水流中掺气能防止或减轻空蚀破坏现象的事实早经过大量国内外工程实践证明，但其原理至今还没有从理论上完全弄清楚，尚

20、无统一的理论解释，常从以下几个方面说明。(1)从能量守恒的观点。空泡溃灭过程中，若泡中含有空气分子，需要消耗一定的能量，因而水流掺气将直接降低最大冲击压力。(2)从空化数变化的观点。水中掺气后形成水气两相流，将使水体的密度减轻，即使流场其他参数不变，水流空化数将增大，降低了空蚀的风险。(3)从空泡溃灭的物理作用来看。水中掺气后抗拉强度降低，将有利于空化的生成，但水流掺气以后，即使过流断面稍有不平整，局部出现负压，但因水中掺有空气，即使发生空化，负压绝对值也将相应减小，空化泡内的压力将因有空气分子填充而提高；若空泡溃灭，其中的空气分子将起到气垫缓冲作用；同时空泡外层水体亦因有掺有空气而具有可压缩

21、性，对溃灭产生的微波传递起到衰减作用。因此，掺气水流中空化溃灭所形成的瞬时压力将有效降低，空蚀作用遂相应减轻。1.2研究意义目前国内外对气泡瞬时形状，形心位置以及气泡运动轨迹的测量尚缺乏可靠的手段，而数字图像测量技术因有诸多优点，在量测掺气水流中气泡的大小，分布、运动速度等参数具有很大的优势和潜力5。本试验创新性地采用图像处理技术，将其他行业的技术运用于对掺气槽保护长度的研究，有利于直观方便的观察，降低研究成本，同时为水利行业的研究提供新的思路和方向。目前，水利工程上对于一种类型的泄洪隧洞的掺气槽的设置没有一个固定的标准，对于掺气槽的掺气保护长度也没有统一的认识，这给工程的施工带来极大的不便。

22、本次试验，我们通过几种方法的综合应用与比较，探究出水流掺气后气泡的运动规律，确定不同流速区域掺气槽的有效保护长度，给类似的泄洪隧洞的设计施工提供了一定的参考价值。1.3项目研究方法本课题中，我们采取水工模型试验与数值模拟相结合的研究方法，在水工模型试验中综合传统的测量掺气浓度技术和创新的图像处理技术来探究不同流速区域掺气槽下游气泡分布情况进而归纳出掺气槽掺气后气泡消散规律6。前期，我们通过查阅大量相关书籍和文献资料，深化对空化空蚀和掺气减蚀的了解，为后面的试验研究打下坚实的基础；之后我们将在试验室进行水工模型试验，运用传统的掺气浓度仪测量掺气浓度并辅助照相机拍照获取气泡的图像，之后用Matla

23、b、photoshop等软件进行数据分析处理与计算，得出灰度与气泡浓度的对应关系，进而在此基础上得出不同流速区域气泡浓度分布情况7。后期，运用Fluent、Ansys、Tectop、Catia 等软件对四川大渡河长河坝泄洪隧洞进行数值模拟，根据实际环境进行边界条件的优化设置，模拟出不同流速区域气泡浓度分布情况，对比通过图像处理技术的试验结果归纳得出有关高流速、缓底坡泄洪隧洞掺气槽掺气保护长度的规律。1.4项目研究内容本次试验中首先用高速旋桨流速仪测出断面的流速，并用测压管得出该断面相应的压强，根据实际试验环境运用数值模拟软件建立出与实际相似的泄洪隧洞模型，再通过在其上设置与水工模型相同数量的掺

24、气槽进行数值模拟，将模拟结果与通过运用测量仪器辅助图像处理技术得出的数据进行对比，得出不同流速区域掺气槽下游气泡的分布情况，进而分析得出气泡的消散上浮规律，在此基础上最终归纳出有关高流速缓底坡平斜直线式泄洪隧洞掺气保护长度的规律。第2章 试验设备2.1测量仪器设备 本试验中需要的设备主要有测量设备和摄影设备，其中测量试验设备清单如表2-1所示。图2.1中左上为全站仪及三脚架，右上为北京远大QDF6热球式数字风速仪，左下为中科院CQ62005掺气浓度仪，右下为电磁流量计。表2.1测量试验设备清单用途设备名称水位测量量水测针压力测量仪器测压管、压力传感器、数据采集与分析系统流速测量高速旋桨流速仪流

25、量测量IFM4080K型电磁流量计掺气浓度测量中科院CQ62005掺气浓度仪风速北京远大QDF6热球式数字风速仪模型制作安装全站仪、水准仪图2.1试验仪器设备2.2主要测量仪器设备介绍2.2.1CQ6-2005型掺气浓度仪C-Q6-2005型掺气浓度仪是在原CQ6-2004型掺气浓度仪的基础上改进的。采用了单片微型计算机进行数据采集和处理，并将处理的结果掺气浓度时间平均值显示在面板上。C-Q6-2005型掺气浓度仪的使用方法如下：(1)操作步骤第一，联接掺气浓度传感器的引线，引入背面孔的“插线孔”。 第二，接通电源。 第三，按下仪器面板上的“满度”按钮。 第四，开启电源，预热20分钟以上。正常

26、时，示窗显示100.0，且每秒钟跳闪一次。 第五，将传感器置于测试用清水水域，按下待测传感器所接入的“通道”按钮。 第六，按下仪器面板上的“调零”或“测量”按钮，调节对应通道的“清水调零电阻”（粗调加细调）旋钮，使“显示窗”示值为“0.0”。 第七，选定积分时间。 第八，将传感器置于测量水域，按下仪器面板上的“调零”或“测量”按钮进行测量。(2)满度标定仪器的增益可能随着时间产生微小的变化（漂移），但只要按下满度按钮，变化量就会自动消除。满度标定由单片计算机自动进行，在电源开启的条件下，只要按下满度按钮，显示值均设定为100.0，与传感器引线接通与否，以及通道选择状态无关。因此，为了获得准确的

27、测量数据，最好在每次正式测量之前，均进行一次满度标定。(3)清水清零C-Q6-2005型掺气浓度仪的设计清水电阻调节范围是200-2400。由粗调电位器、细调电位器，和由波段开关控制的固定电阻器组合完成。当选用的传感器电板形势差异较大，或不同地狱的水质差异较大时，传感器的清水电阻可能超出出厂设定范围。如若发现无论怎样调节面板“清水调零电阻”（粗调加细调）旋钮，示值均不为零时，可打开掺气仪的底盖板进行调整。若示值总大于0.0，将对应通道配置的波段开关拨向标明较大阻值的一端。相反，若示值总小于0.0，则应拨向标明较小阻值的另一端。仍然不能调零时，再由专业人员参照附录的提示或在厂家指导下，采用更新跳

28、线的办法解决。注：此操作应在断电情况下进行！一般情况下，仪器内部设置的固定及可变电阻器组合，通常能够满足无掺气条件下的清水电阻调节，使仪器读数为零。但在特殊情况下，若清水电阻已超出原仪器设置，此时应由专业人员在厂家指导下，对固定电阻器进行更换，以适应更大的调零范围，但在使用前应进行线性测试。2.2.2高速旋桨流速仪高速旋桨流速仪是一种大量程的江河水文测速仪器。可用于江、湖、渠道和水库等水体，进行各种高、中、低流速测量，也可用于电站压力管道和某些科学试验中，进行高速和特高速测量。当水流作用于仪器感应部分旋桨时，旋桨即产生回转运动，水流速度越快，旋桨转速也越快。它们之间存在一定的函数关系，此关系是

29、通过水槽检定而得出的。试验表明：起转速度到临界速度之间，函数呈曲线形式，而临界流速以上则为一线性关系。每架仪器检定结果，均附有Vn关系曲线图表和检定公式： V = bna （2.1）式中V表示流速(m/s)；n表示旋桨转速率，等于旋桨总转数N与相应测速历时T之比；b表示水力螺距(对应于原标准的K)单位是m；a为常数(对应于原标准的C)单位是m/s；系数b、a值与旋桨和支承系统的性能有关。因此，对该部分零件务必小心地养护，否则将会影响测流结果。水流速度的测定，实际上乃是测量在预定时间内流速仪转子(旋桨)的转数。旋桨转数系利用仪器的接触机构转换出电脉冲信号，经由电线传送到水面的计数器。旋桨每20转

30、发出一个信号，因此，信号数乘20即为总转数；测得相应的历时T，代入上式即可计算流速。以上至10m/s的函数关系，通过水槽试验证明是一条直线。因此，如高速端受检定设备限制，可只检定至5m/s，利用上延方法公式延长用至10m/s。低速曲线部分由实测点绘制。2.2.3单反相机单反，在光学上就是指单镜头反光，即SLR(single lens reflex)，单镜头反光数码相机，即Digital数码、Single单独、Lens镜头、Reflex反光的英文缩写DSLR。它能使观景窗中所看到的影像和胶片上永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，消除了旁轴平视取景照相机的视差现象。在这种系统中，反光镜

31、和棱镜的独到设计使得摄影者可以从取景器中直接观察到通过镜头的影像。单镜头反光照相机的构造图中可以看到，光线透过镜头到达反光镜后，反射到上面的对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。拍摄时，当按下快门钮，反光镜便会往上弹起，软片前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线(影像)便投影到软片上使胶片感光，尔后反光镜便立即恢复原状，观景窗中再次可以看到影像。单镜头反光相机的这种构造，确定了它是完全透过镜头对焦拍摄的，它能使观景窗中所看到的影像和胶片上永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，消除了旁轴平视取景照相机的视差现象，从学习摄影的角度来看，十分有利于直观地

32、取景构图。常见的单反镜头比固定镜头相机提供了更广泛的光圈范围，尤其是增加了最大光圈（举例来说，在50毫米定焦镜头上可见到f1.4甚至到f1.0等级的最大光圈）。单反精确的取景和对焦，这一点对于微距和远距摄影特别重要。第3章 模型试验3.1 模型试验概况本项目主要针对高流速、缓底坡泄洪隧洞的特点，利用系统分析的方法，结合大渡河长河坝水工试验模型，综合运用模型试验、数值模拟、图像处理等技术研究水流掺气后气泡的运动消散规律，从而得出不同流速区域适用于缓底坡泄洪隧洞的掺气槽掺气保护长度的相关规律，以期对同类工程设计提供参考。在2012年5月至2012年9月期间，主要完成了试验数据获取的工作。依托以1:

33、50的比例尺建立的四川大渡河长河坝泄洪隧洞模型（如图4-1），设置多组不同的试验条件，控制变量，运用传统测试方法插式和贴片式仪器测量不同点位处掺气浓度，同时用单反相机获取该点位处水流的照片。每个点位处进行多次试验，保证试验数据在一定程度上的稳定性。采集不同位置的数据点，获得具有代表性的数据。 3.2 试验设备的使用及优化3.2.1 照片效果优化准备在试验中，运用控制变量法的思想，在拍照的时候要保持单反相机的视野范围基本不变，需要控制相机到模型的距离一定，同时为了提高单反相机照相的质量，决定制作一个斜木架来固定相机，同时标上刻度，每次测量只要在相同的刻度处拍摄即可，按照拍摄需求以1:1比例画出斜

34、木架结构图，如图3.1所示。图3.1 斜木架结构图但由于经费和工作人员的缺乏，斜木架并没有做成，最后决定使用测量学实习时用的三脚架（如图3.2）来替代斜木架，同时在平行于模型底板一定距离处设置一根参考线，使相机固定在三脚架上并沿着参考线方向获取不同位点处的照片。反复试验后可达到与斜木架相同的效果。由此确定好固定照相机与泄洪隧洞模型距离的方案。图3.2 固定相机的三脚架通过反复拍照，分别对比无底板、底板为黑色、底板为白色等颜色时拍出照片中气泡的清晰度等情况，综合考虑最终决定采用无底板和有黑色底板拍照，为后期处理照片做准备，底板为黑色时照片如图3.3所示。图3.3底板为黑色时的相片3.2.2 CQ

35、6-2005掺气浓度仪的使用仔细研究学习使用CQ6-2005掺气浓度仪（如图3.4），CQ6-2005掺气浓度仪采用单片机进行数据采集，面板显示处理结果掺气浓度时间平均值。体积小，可靠性高，便于携带和运输。内设清水电阻范围调节开关，可更大范围选择传感器。浓度仪的技术指标有以下几项：(1)测量范围：0.0100.0% (2)分 辨 率：0.1% (3)线 性 度：0.3% (4)零点漂移：0.2%（8小时） (5)采样速度：1020次/秒 (6)积分时间：199s任选(7)六通道设置：可预调六个测点的清水电阻清水电阻调节范围：270800、6601200两档或更大，阻值偏差5%图3.4 中科院C

36、Q6-2005掺气浓度仪首先在使用CQ6-2005掺气浓度仪测量前，应连接好电路，接通电源，按下调零按钮在静止清水中调零，然后按下满度，显示100（%），消除“漂移的影响”，等待一段时间后，按下测量按钮开始测量。通过反复试验，熟练掌握插式掺气浓度仪的使用方法，同时结合贴片式浓度仪，初步确定贴片式浓度仪测量的大概位置。3.3试验模型的完善3.3.1模型测量孔的优化由于原来泄洪隧洞模型上打的孔不够多，以致没有足够多的孔进行不同点位插式掺气浓度仪的测量。通过和老师探讨，最终确定好测量点位的位置和泄洪隧洞上部打洞的位置后，联系了试验室的师傅帮忙进行打洞处理，以便我们接下来进行试验测量，如图3.5所示。

37、3.3.2贴片式掺气浓度仪的设置由于插式浓度仪测量时需手工控制仪器位置，不宜准确定位测量，故决定结合贴片式共同测量。因此，模型孔打完后，进行了贴贴片工作。在上、中、下游选取三个断面，每个断面分别进行上、中、下部贴片处理，这样就能准确测量出一个断面不同部位的掺气浓度。贴完贴片要等胶干才能做试验，利用这段时间研究贴片原理，尽量将贴片使用的最好，如图3.6所示。 图3.5 插式浓度仪测量 图3.6 贴片式浓度仪测量3.4试验数据获取与整理为了研究不同流速下水流的掺气情况和消散规律，通过改变水位和闸门开度来控制流速。选定在1#洞的3#坎与4#坎之间，分别在校核水位（16594.6m）和设计水位（169

38、0.0m）两个水位以及闸门全开、0.75开度和0.5开度等三个开度进行试验。在不同的水头下，我们的试验步骤是：首先用掺气浓度仪测量掺气浓度，然后用单反照相机在相同的距离及光照情况下对掺气水流进行拍摄照片。掺气浓度的测量，以插式浓度测量仪测量为主，辅助使用贴片式进行精确测量。摄影方面，为了获得最好的照片效果，我们对每个测量点分别进行无背景和黑色背景下的两种拍摄，方便后期的图像处理。3.4.1试验工况在闸门全开的情况下，分别在校核水位（1694.6m）及设计水位（1690.0m）下进行试验。由于开始在3#坎和4#坎之间的泄洪隧洞模型上只挖了三个孔，很难研究水流的掺气情况和消散规律。为了获得更详细的

39、试验数据，在3#坎和4#坎之间又补挖了8个孔，现共有11个孔，每个流速下可获得11个数据。除此之外，在 3#坎和4#坎之间隧洞壁上的合适位置贴了8个贴片来测量掺气浓度，以获得更加准确的数据。由此，运用插式掺气浓度仪并结合贴片式分别作了校核水位（1694.6m）闸门全开、设计水位（1690.0m）闸门全开、设计水位（1690.0m）闸门0.75开度和设计水位（1690.0m）闸门0.5开度等四个不同流速下的试验，得出了相应工况时的掺气浓度。3.4.2掺气浓度值记录仔细并分析比较多次试验所得的数据，对数据进行平均等数值计算，以减小数据的误差。试验记录草稿如图3.7所示。图3.7试验记录草稿3.4.

40、3试验照片整理整理拍出的照片，分别编号整理，为后期图像处理，建立浓度灰度对应关系做准备。(1)流速为5.25m/s时各测点照片,如图3.8-3.17所示。 图3.8 1号测点 图3.9 2号测点 图3.10 3号测点 图3.11 4号测点 图3.12 5号测点 图3.13 6号测点 图3.14 7号测点 图3.15 8号测点 图3.16 9号测点 图3.17 10号测点 观察照片，可初步得知此时不同测点处水流照片表现出的颜色有些差别。(2)流速为5.08m/s时三测点照片，如图3.18-3.20所示。 图3.18 1号测点 图3.19 7号测点 图3.20 10号测点初步观察上述三张照片，发现

41、此时三个测点处水流掺气浓度有较大的差别，10号测点颜色较浅，说明此处掺气浓度较小。(3)流速为4.74m/s时各测点照片，如图3.21-3.30所示。 图3.21 1号测点 图3.22 2号测点 图3.23 3号测点 图3.24 4号测点 图3.25 5号测点 图3.26 6号测点 图3.27 7号测点 图3.28 8号测点 图3.29 9号测点 图3.30 10号测点观察上述水流照片可知，不同测点掺气浓度造成的水流颜色会有区别，10号测点颜色最浅。(4)流速为4.97m/s时各测点照片，如图3.31-3.39所示。 图3.31 1号测点 图3.32 2、3号测点 图3.33 4号测点 图3.

42、34 5号测点 图3.35 6号测点 图3.36 7号测点 图3.37 8号测点 图3.38 9号测点 图3.39 10号测点 观察上述水流照片可知，不同测点掺气浓度造成的水流颜色会有区别。其中，10号测点颜色最浅，由此可初步判断此处掺气浓度较小。第4章 掺气浓度值 校核水位和设计水位闸门全开时，插式浓度仪测得的掺气浓度以及贴片式测得的浓度值见下表所示。其中，插式浓度仪测量的隧洞中轴线上的相应数据。表4.1 校核水位和设计水位闸门全开时掺气浓度测点桩号位置掺气浓度（%）流速5.25m/s流速5.08m/s1700上8.158.27中6.507.70下9.008.642712上4.70中1.80下8.613725上7.60中2.78下3.604740上6.50中3.40下1.435760上7.86中2.15下0.956780上8.50中3.70下0.457800上7.507.61中2.032.19下0.350.158