历史上,美国格兰峡谷大坝的一临时泄水孔和加拿大麦卡坝的泄水底孔先后采用了洞塞消能方案,开启了孔板洞消能工从理论到实践应用的先河。麦卡泄水底孔于1973年首次投入运行,最大运用水头达167米,运行效果良好。中国黄河小浪底水利枢纽工程的孔板消能泄洪洞是该种消能工在中国的应用典型,三条导流洞均改建成孔板泄洪洞,2000年投入运行。小浪底泄洪洞采用三级孔板消能,最大水头140米,单洞最大泄量约1500米3/秒,孔板洞洞径14.5米,压力洞段的流速得到了有效控制,水流经孔板洞的消煞能量约40%,压力洞后的流速降到35米/秒左右。经运用观测,各孔板洞流道内均没有发现明显的冲刷、磨蚀、气蚀和损坏现象,孔板洞运行效果良好。
孔板洞依靠水流流经孔板时的突缩和突扩造成的旋滚,在水流内部产生剪切摩擦与碰撞来消减水流的能量(见图)。孔板洞消能工一般应用临时导流洞改建而成,具有节约投资、消能效率高和空蚀破坏小等优点。洞塞消能工分为顺直洞塞、台阶洞塞、收缩洞塞和组合洞塞等类型。孔板消能工有单级孔板消能工和多级孔板消能工,孔板结构还有很多变形,如增加消涡环、改变孔板锐缘和改变孔板顶部的夹角等。
孔板洞的消能效果、空蚀空化特性、脉动压力和回流区长度均与孔板洞的体型和孔径比密切相关。孔板洞适用于下游高尾水位条件,否则末级孔板下游低压区易发生空蚀。同时必须控制上游闸门运行水位,否则洞内易出现不稳定气团。孔板洞消能的水力特性非常复杂,对孔板洞消能的研究还远未停止。如孔板洞的消能效果和空化数是一对矛盾,如何在提高空化数的条件下提高消能效果,如何使孔板洞的空化远离边壁发生等。不断研究和开发的新型经济、高效、空化少的孔板洞消能工具有重大的应用价值。