全国科普日 | 《水气携手保安全——白鹤滩泄洪洞的奥秘》
没有腹肌的灯泡
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2022年09月21日 10:26:24
来自于
水利工程设计
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编者按
2022年9月15日—21日
是全国科普日
第一届中国水科院“时代杯”科普讲解大赛
参赛作品视频
重磅来袭
为大家献上别开生面的科普视觉盛宴！
▲ 《水气携手保安全——白鹤滩泄洪洞的奥秘》
中国水科院 水力学所 任炜辰
图文展示
就在上月
金沙江畔再次传来喜讯
白鹤滩水电站投产发电机组达到1,000万千瓦
再次将我们的目光带回这座大国重器
作为当今世界在建规模最大
技术难度最高的水电工程
白鹤滩水电站共创造了6项世界之最
今天带大家走进这其中之一
世界最大的泄洪洞
它有什么奥秘呢？
白鹤滩泄洪洞之大 有一个直观的体现
每秒泄水1.2万方
也就是说 仅需18分钟
它排泄的洪水就可以填满一个西湖
如此高效的泄水
意味着洞内水流流速非常高
我们实测最大超过47m/s
也就是时速170公里
高速水流 就成为泄洪洞安全最大的挑战
其实 世界上所有百米以上的高坝
都被高速水流问题所困扰
为什么会这样呢？
这就涉及到水流中一种神秘而又可怕的现象
大家或许了解
对于水和空气这样的流体而言
流动的速度越快
压强就越低
在泄洪洞中 甚至可以接近真空压强
在这种情况下
水中就会出现大量的真空泡
然而 这种真空泡很不稳定
非常容易就破灭爆炸
结构在这种现象的作用之下
就会发生破坏
在工程中
它曾在高强度的混凝土上
凿出超过11米深的破坏坑
那么面对这样一种自然现象
我们人类是不是就束手无策了呢？
在几十年的工程实践中
工程师惊奇的发现
当水中混掺有一定量的空气时
这种破坏就会缓解甚至消失
也就是说
水气携手就可以保护结构的安全
据此
工程师提出给泄洪洞设置掺气结构
最常见的就是在底部设置一个台阶
并进行通气
这种技术方案
在全世界的水电工程中
得到了广泛的应用
取得了很好的效果
但问题是不是一劳永逸的得到了解决呢？
很遗憾并没有
即使到近年来有掺气结构的泄洪洞破坏
仍然时有发生
这又是为什么呢？
针对这个问题
中国水科院专家团队
开展了大量的工程调研和试验研究
发现从底部掺入水中的空气
并不能立马对侧面边墙提供保护作用
这就是传统掺气结构的局限所在
对此水科院专家团队
创新性的提出了
三维全断面掺气的思路
即从底部和两个侧面
同时对水流进行掺气
经过我们的反复论证和针对性研究
这项技术方案应用于白鹤滩泄洪洞
去年9月
白鹤滩泄洪洞迎来了建成之后的首次试验性泄洪
闸门开启之后
混合着空气的高速水流
从洞口喷涌而出
壮观异常
泄洪后的检查表明
整个泄洪洞完好无损
证明我们的技术方案
真正确保了白鹤滩泄洪洞的安全泄洪
也让我们更有信心
将我们的成果推广到其他工程中去
未来水科团队也会继续努力
为祖国水电事业的发展做出新的更大贡献！
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