Hydrodynamic pressures on a stepped spillway with an aerator system subjected to different air flow rates

Abstract

Aerator systems promote additional insertion of air into the flow and can reduce the risk of cavitation and consequent damage to hydraulic structures. This work analyzes the hydrodynamic pressures on the steps of a physical model (with a chute inclination of 53.13º) subjected to different aeration conditions. When comparing the results with different air intake coefficients in the flow, it was concluded that the incorporation of air does not change in a generalized way all the statistical parameters associated with hydrodynamic pressures on the steps. However, with the insertion of air in the flow, there was an increase in the minimum pressure values measured in the region of the jet impact and downstream. Empirical equations for predicting the distribution of pressures on the steps under induced aeration conditions were proposed, valid for structures whose ratio between the height of the deflector and the height of the steps is equal to 0.167, with an aerator system installed at the beginning of the stepped chute.

Sistemas aeradores promovem a inserção adicional de ar no escoamento e podem reduzir a chance de ocorrência de cavitação e consequentes danos nas estruturas hidráulicas. Este trabalho analisa as pressões hidrodinâmicas sobre os degraus de um modelo físico (com inclinação de calha de 53,13º) submetido a diferentes condições de aeração. Comparando-se os resultados com diferentes coeficientes de entrada de ar no escoamento, concluiu-se que a incorporação de ar não altera de forma generalizada todos os parâmetros estatísticos associados às pressões hidrodinâmicas sobre os degraus. Contudo, com a inserção de ar no escoamento, observou-se aumento nos valores mínimos de pressão medidos na região do impacto do jato e logo a jusante. Propõe-se equações empíricas para previsão da distribuição das pressões nos degraus nas condições de aeração induzida, válidas para estruturas cuja razão entre a altura do defletor e a altura dos degraus é igual a 0.167, com sistema aerador instalado no início da calha em degraus.