本书主要介绍中国水利水电科学研究院关于“高速水气两相流——水工建筑物中的高速水流掺气问题”的研究内容与成果。该专题主要有三方面内容：明渠水流掺气、掺气减蚀技术和射流扩散雾化。本书可供水工水力学研究工作者、水工建筑物设计工程师以及从事水气两相流研究与应用的其他专业人士参考。

本书以近代紊流力学（湍流）和两相流体动力学为依托，通过大规模的定内和原型实验，研究了“高速水气两相流——水工建筑物中的高速水流掺气问题”。

本书讨论了高速水气两相流区别于传统水动力学和广义多相流的基本特点，阐述了水浪发生掺气的条件及其减阻增速效应，研究了明渠高速水流中，水气“界面”的掺混形态和流劝结构，阐明了水流掺气减蚀机理，介绍了国内外掺气减蚀技术在工程中的应用，研究了掺气减蚀设施的有效保护范围，分析了掺气设施模型选型试验的缩尺影响，最后，简要介绍了中国水利水电科学研究院所采用的掺气水流测试仪器和专用的陡槽设备。书中提供了大量的第一手原型及模型试验数据。

本书可供水工水力学研究工作者、水工建筑物设计工程师以及从事水气两相流研究与应用的其他专业人士参考。

前言

第一篇 水气两相流概述

第一章 水气两相流浅说

第一节 两相流研究简况

第二节 水气两相流的主要模型

第三节 两相流数值模拟初探

第四节 液气两相管流简介

第五节 两相流中的声速

第二章 水动力学概述

第一节 水动力学的发展与沿革

第二节 水动力学研究中的条件和参数

第三章 与水气两相流有关的基本理论

第一节 矢量分析与张量基础

第二节 紊流(湍流)基础知识

第三节 紊动扩散简述

第四节 边界层理论

第五节 边界层与沿壁射流的自模理论

主要参考资料

第二篇 明渠水流掺气研究

第四章 明渠水流掺气问题研究简况

第一节 国外情况简介

第二节 国内情况简介

第五章 明渠水流掺气发生的条件

第一节 水流发生掺气的临界流速

第二节 明渠水流掺气发生的必要条件

第六章 明渠掺气水流的基本方程

第一节 说明与约定

第二节 基本方程组

第三节 引用“比拟速度”简化两相流方程

第四节 扩散方程

第七章 明渠掺气水流的某些特征

第一节 明渠掺气水流的分区与分层

第二节 明渠掺气水流流场自模性分析

第三节 水流掺气后的减阻增速效应

第四节 关于李察生(Richardson)数判据

第八章 明渠掺气水流室内陡槽试验

第一节 活动陡槽试验条件

第二节 陡槽掺气水流实测资料集锦

第三节 高速摄影资料

第四节 明渠掺气水流上层气流速度量测与分析

第五节 明渠掺气水流底壁切(剪)力量测

第六节 陡槽掺气水流实测资料特征值总汇

第九章 陡槽实测资料的初步分析

第一节 关于资料分析的构想

第二节 虚拟不掺气水流的水力计算

第三节 明渠掺气水流的特征水深及特征值

第四节 明渠掺气水流断面(中垂线)平均特性

第五节 掺气层(hm<y<hc)的水流结构

第六节 近壁层(y<hm)的水流结构

第七节 明渠水流掺气层的形成与发展

第十章 关于Straub陡槽试验资料的整理与对比

第一节 中垂线(断面)平均掺气浓度

第二节 中垂线掺气浓度分布

主要参考资料

第三篇 水流掺气减蚀技术

第十一章 水工建筑物的空蚀破坏

第一节 水工建筑物空蚀破坏综述

第二节 国外泄洪洞空蚀破坏例子

第三节 国内泄水建筑物空蚀破坏例子

第十二章 水流掺气减蚀原理

第一节 水流空化

第二节 空蚀机理

第三节 掺气减蚀效果研究

第十三章 水工建筑物防蚀措施

第一节 水工建筑物防蚀措施概述

第二节 掺气减蚀设施的工程形式

第三节 掺气减蚀设施的应用现状

第十四章 掺气减蚀设施的模型选型与原型实验

第一节 冯家山溢洪洞掺气减蚀设施

第二节 刘家峡泄洪洞反弧段内掺气坎的选型研究

第三节 乌江渡工程中的掺气减蚀设施

第四节 丰满溢流坝掺气减蚀设施原型实验

第五节 白山拱坝溢流面上陡坡掺气坎选型试验

第六节 二滩1号泄洪洞掺气减蚀设施

第七节 紫坪铺1号泄洪洞掺气减蚀设施模型试验研究

第八节 小湾泄洪洞掺气减蚀设施

第九节 模型选型与原型实验小结

第十五章 掺气坎室内陡槽试验研究

第一节 室内陡槽试验的条件

第二节 掺气坎后的空腔

第三节 空腔段射流掺气情况

第四节 水股回落处的动水作用力

第五节 空腔末端断面掺气浓度分布

第六节 掺气坎的挟气能力与通气孔进气量

第七节 掺气坎下游近底掺气浓度的沿程演变

第十六章 掺气坎模型挟气能力的缩尺影响

第一节 掺气坎模型挟气能力的临界条件

第二节 掺气坎挟气能力分析

第三节 掺气坎模型的缩尺修正

第十七章 掺气坎有效保护长度初步分析

第一节 掺气坎下游近壁掺气浓度沿程演变的实验资料

第二节 关于影响有效保护长度诸因素的补充说明

第三节 掺气减蚀设施有效保护范围的一种估算法

第四节 应用举例

主要参考资料

第四篇 掺气水流量测技术与试验设备

第十八章 取样法在掺气水流中的应用

第一节 水流掺气浓度的定义

第二节 水流掺气浓度量测方法简介

第三节 中国水利水电科学研究院采用的水流掺气浓度取样器

第四节 关于“舍气取水”

第十九章 毕托管在掺气水流中的应用

第一节 掺气水流速度量测方法简介

第二节 掺气水流速度的定义

第三节 掺气水流中毕托管测速的修正系数

第四节 毕托管改型与测读技术

第二十章 取样器·毕托管联用联解

第一节 联用联解法说明

第二节 联用联解法测得浓度与速度分布图举例

第三节 为标定电测仪器准备的资料

第二十一章 电阻式掺气浓度仪

第一节 量测原理与电子线路

第二节 电阻式水流掺气浓度传感器

第三节 电阻式掺气浓度仪的标定

第四节 关于电阻式掺气浓度仪的说明

第五节 平底式传感器的对比标定

第二十二章 室内水流掺气试验设备——活动陡槽

第一节 国内外活动陡槽简介

第二节 中国水利水电科学研究院活动陡槽设计

第三节 活动陡槽性能检定

主要参考资料

符号表

后记