掺气减蚀设施，对泄水建筑物的高速水流进行人工掺气,以削弱空化及其溃灭压强而使水流固体边壁减免空蚀破坏的工程设施。例如,在易出现空化的溢流面上设小挑坎,坎下有通气槽与大气相连,急流过坎时局部脱离形成空腔,高速水流底部就会有空气自动被卷吸掺入,水流底部含气层使气泡不会立即散逸;在掺气设施下游相当长范围内可有效防止空蚀破坏。广泛用于高水头泄水建筑物中。

掺气抗蚀设施(aerators)，是使高速水流在其边界附近掺气以防止泄水建筑物边壁材料空蚀破坏的工程设施的统称。一般是在易发生空蚀的过水边壁设置局部挑起、突跌、突扩等体型构造物，使急流通过时产生脱离和低压腔，此低压腔部位有与大气连通的通气孔，于是水流仍能不断挟卷和掺入空气。

掺气抗蚀设施，按体型分,实用设施有挑坎式、跌坎式、跌槽式、挑跌坎式、坎槽联合式以及平面实扩式;除最后一种主要用于高压闸门后水流侧壁掺气外,其余五种都用于水流底部掺气,其中有坎的常合称为掺气坎,有槽的又合称为掺气槽。掺气能改变水流与边壁间的压力状态,使空泡溃灭时作用于边壁的冲击力大为减弱，从而起防蚀作用。但从掺气设施处掺入的空气仍会沿程逐渐逸出，故当高速水流流程很长时,要有多道设施。目前经验表明，一道掺气设施的保护长度可达50~60m。经验还表明,以气体积与水体积之比表示的掺气量达5%时足可使一般混凝土边壁有效抗蚀。水流表面自掺气显然可扩展至全过水断面的部位可不必用上述设施。2100433B

通过掺气水流特性的水槽试验、不同气泡尺寸的掺气减蚀试验、静水中气泡上浮试验和掺气水流原型与模型对比分析，对掺分减蚀中气泡尺寸及其概率分布的特征和作用进行研究，为高坝工程设计提供更加可靠的理论依据，为掺气减蚀研究开拓新的方向。同时，进行多级气泡尺寸的掺气水流数学模型和掺气检测仪器开发，为掺气水流研究提供更先进的技术手段。

水利工程中泄水建筑物在下泄高速水流时常会遭受空蚀破坏。掺气减蚀已被理论和大量的工程实践证明是一种相对简单、经济和行之有效的减蚀措施。在特殊的水流及边界条件下，不仅流道的底板，而且其边墙也会受到空蚀破坏。采用侧墙和底板联合掺气设施是避免泄水建筑物全过水断面遭受空蚀破坏的一种重要途径。由于底、侧掺气设施会相互影响，使得底侧联合掺气设施的掺气水流特性比单独的底掺气或侧掺气水流特性更为复杂。本项目研究主要采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，对有压洞出口突扩突跌掺气设施和陡槽底、侧联合掺气坎的掺气水流特性进行研究。主要研究了突扩突跌掺气设施水流流态、临界工作水头及影响因素、底侧空腔长度及相互影响关系、过流底板和侧墙的脉动压力特性，水流掺气浓度分布规律以及底板和侧墙掺气保护长度。对明流陡槽，主要研究了自掺气水流特性、单独侧掺气坎和底掺气坎掺气水流特性、底侧联合掺气坎掺气水流特性，包括底、侧掺气空腔及影响因素、陡槽底板、侧墙壁面的时均压力和脉动压力特性。得出突扩突跌掺气设施后形成良好掺气水流流态的临界工作水头随明槽底坡的增大而减小。突扩宽度对底空腔长度有明显影响，而突跌高度对侧空腔长度几乎无影响。掺气设施后底板和侧墙的脉动压力特性随流动区域不同而发生变化，稳定区的脉动压力分布更接近于正态分布。侧掺气量和底掺气量在不同的流动区域对水流总掺气量的贡献率不同，且随流量的变化而发生变化。陡槽中，由与单独底坎和单独侧坎构成的联合掺气坎的保护长度为单独底坎的1.1倍、为单独侧坎的1.8~2.0倍。紊流数学模型数值模拟结果与试验结果吻合较好，表明紊流数学模型能较好的模拟掺气水流特性，但掺气浓度的模拟结果误差相对较大，数值模拟方法还需进一步改进。本研究所得结果对更好的了解和揭示底侧联合掺气设施的掺气水力特性有较好的促进作用，也可为底、侧联合掺气设施更好地服务于实际工程提供有益的借鉴。 2100433B