水力学综合练习指导书文档格式.docx
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?
------流速系数:
1/?
L式中:
∑ζ------进口段局部阻力系数之和
闸孔宽b,闸孔高a(见附图二)是待定量,设计中常假设b、a来计算Q,直到Q等于设计流量为止。
表一闸孔尺寸计算表
1
计算结果:
a*b=
校核:
Q
选定结果:
2.喇叭口曲线确定
为了减小进口水损,压力进口段作成椭圆形曲线,曲线方程为:
x2y2
2?
12ba
a------洞高(前面的计算结果);
b------曲线短半轴b=a/3。
表二进口曲线坐标值计算表
进口两侧边墙作成圆弧形,其半径为r=a/2。
喇叭口示意图见附图三。
(二)取水口工作特性曲线的绘制
为了在运行管理中控制流量,要求绘制在不同开度e下水库水位Z(或水头H)和流量Q的关系曲线(即取水口工作特性曲线)。
闸孔泄流仍按自由出流计算:
f
λf------相应于闸门下收缩断面的流速水头的沿程损失系数,
La?
e2LAc2()?
a()?
f?
4RA4Raa
a?
8g2Ca
进Σζ=(ζ
ζ
门+2ζ门槽)(?
ea)2+ζ门------闸门损失系数2
表三不同开度的?
值计算表
表四不同e不同H闸孔的过流能力Q值计算表(单位m3∕s)
2闸后平台扩散段,闸后消能及无压隧洞水力计算
一、已知数据
1.隧洞用浆砌条石砌筑,采用标准门洞形断面,底坡i=1/1000,糙率n=0.02;
2.浆砌条石抗冲允许流速V不冲=5m/s;
3.按地形条件可知隧洞长度约为400米;
4.按工程要求库水位Z=690.00m时,Q≥24m3/s,故设计流量按在水位Z=710.00m时,为Q=30m3/s计算。
因无压隧洞流速较进口段流速小得多,其过水断面宽度将大于闸孔宽度,为保证水流平顺进入隧洞,二者间拟用渐变段连接(进口段至隧洞的平面布置见附图四)
(一)无压隧洞
1.无压隧洞断面尺寸拟定
无压隧洞内水流为均匀流,断面按明渠均匀流设计。
断面宜做成窄深式,取高宽比β=1~1.5,上半部圆形拱的半径r=b/2。
2.流速校核
通过设计流量时的流速V应小于V不冲。
3.尺寸确定
据暂行规范对低流速无压隧洞净空的要求,净空断面积应大于隧洞面积的15%,净空高度&
gt;
40㎝。
(二)闸后扩散段
1.尺寸拟定
因闸孔宽与隧洞宽度不同,需设置一渐变段与隧洞连
接,渐变段底坡拟采用平底坡(i=0)。
3
为避免高速急流脱离边界及冲击波影响水流的稳定,渐变段直线边墙的扩散角宜控制在4°
~8°
内,渐变段长度L1用下式计算。
1(b2?
b1)L1?
tg?
b1------闸孔宽;
b2------隧洞宽;
θ------扩散角。
扩散段进口距闸后3e(e------闸门开度)。
2.扩散段末端水深计算
扩散段进口水深为闸后收缩断面水深hc,但末端水深因其进口有一水面跌落而小于进口水深。
因扩散段渠宽沿程变化,故扩散段末端水深h末按非棱柱体渠道分段求和法计算。
计算流量Q从小到大直至设计流量(从工作特性曲线上可查出各级流量的相应闸孔开度),计算表见五。
(三)闸后消能计算
1.消力池的工作条件
从闸孔泄水一般都是高速水流,闸后需设消力池。
取水口在实际运行时,水头和流量都随时发生变化,为使消力池能适应任何条件下的消能要求,必需确定哪些条件对消力池不利,也就是什么条件下需要的消力池最大。
从运行水位来看,很明显库水位愈高,闸下流速愈大,要求的池身也大。
但消力池最大深度不一定发生在最大流量下,因而应对各种流量进行计算。
综上所述,计算池深度考虑的工作条件是:
①库水位为正常蓄水位710.00m(H=25m);
②流量Q从小到大直至设计流量。
2.池身计算
用近似公式计算S=ζhc″-ht
ζ=1~1.05
S------各级流量下挖深式消力池深度;
ht------无压隧洞中水深,ht=hc?
;
″h------各级流量下的跃后水深,由下式计算:
h2h?
(?
8Fr1?
1)2
ˊh------各级流量下的跃前水深,因各级流量下斜坡上的水流4
均为急流,其流速变化不大,故可取扩散段末端水深h末为斜坡段末端水深hˊ(即跃前水深hˊ=h末)。
表五各级流量下扩散段末端水深h末计算表
表六水位Z正=710.00m各级流量下跃后水深h″计算表
表七隧洞中各种流量下正常水深h
(即h)计算表
据上述计算结果选定消力池尺寸。
3隧洞与明渠衔接渐变段及渠道断面尺寸
1.本工程明渠线路经过密实粘土,结合地形条件,拟选择渠底坡i=1/5000,渠道不衬砌,粘土允许流速V不冲=0.75~0.95,边坡系数m=1.5(或1.25),n=0.0225;
2.设计流量Q=30m3/s;
3.明渠全长L6=2000m;
(一)渠道断面尺寸拟定
按均匀流设计,选渠道宽高比β=7。
(二)隧洞与渠道渐变段设计
1.渐变段长度计算
为保证水流平顺流入渠道,隧洞与渠道间宜设渐变段连接。
其渐变段长度由下式计算
1(B2?
B1)
L5?
5
B1------隧洞水面宽
B2------渠道水面宽
1?
r3gr
------隧洞与渠道断面平均流速的平均值;
h------隧洞与渠道正常水深的平均值。
2.渐变段进出口底板高程的确定
由于隧洞和渠道的断面形状、尺寸不一样,为保证通过设计流量时,隧洞和渠道中保持均匀流,而不致产生较大壅水或降水,渐变段底板高程沿流程变化(渐升或渐降)。
其底板的升高或降低值可由下式计算:
V?
V2?
(h01?
h02)?
(1?
1)2g
h01------隧洞正常水深;
h02------渠道正常水深;
ζ------渐变段的局部阻力系数。
据参考书(三)可取
为ζ=0.5,隧洞与渠道连接渐变段附图五。
4渡槽的水力计算
渠道在桩号2+000至2+200间遇一溪谷,拟用渡槽连接。
1.渡槽长L=200m,底坡i═1?
500;
2.渡槽采用矩形断面,用浆砌条石砌筑,n=0.02;
3.槽身边墙不宜太高,拟限定槽内水深h=2.5m,允许流速V不冲=2~6m/s;
(一)槽身断面尺寸拟定
按均匀流设计
(二)进出口渐变段的水力计算
1.进口渐变段计算
进口渐变段长度L,由下式计算
L=2(Bmax-Bmin)
Bmax------渐变段中水面宽度最大值;
622
Bmin------渐变段中水面宽度最小值
坡度高程变化值▽
2v2?
v12▽=(h01-h02)-(1+ζ1)()2g
h01、h02------分别为上、下游渠槽中正常水位;
ζ1------据参考书(三)取ζ1=0.2。
2.出口渐变段计算
长度L由下式计算
L=2.8(Bmax-Bmin)
式中各项意义同上。
底板高程变化值▽
2v12?
v2▽=(h02-h01)-(1-ζ2)()2g
ζ------据参考书(三)取ζ2=0.5;
其余各项意
义同前。
5陡槽的水力计算
1.渠道经4+220桩号处有一陡坡地段,据地形条件,确定
陡槽底坡为i=1/10,陡槽斜坡段长度L=100m;
2.陡槽中流量Qmax=30m3/s,Qmin=24m3/s;
3.陡槽断面为矩形,由混凝土砌筑,n=0.017;
水流自然跌落时,上游渠道将发生水面降落,渠内流速增大,可能造成冲刷,为保证上游渠道为均匀流,陡槽进口在平面上采用八字形翼墙收缩。
收缩段底板为平底(i=0),收缩段长度δ=10m,如2.5H&
lt;
δ&
10H,则可按宽顶堰计算收缩段末的宽度b(即陡槽宽度)。
槽身及消力池平剖面见附图六。
(一)槽身水力计算
1.陡槽进口水深为临界水深hk;
2.陡槽内正常水深计算;
3.陡槽水面曲线(b2型降水曲线)计算(列表进行);
4.陡槽末端水深计算;
5.陡槽末端掺汽水深计算;
掺汽水深由下式计算
7
ha?
h末
h末------陡槽末端水深;
β------由霍尔公式得:
1
V2
K
gR
取K=0.005;
V------陡槽末端断面平均流速;
R------陡槽末端断面水力半径。
(二)陡槽出口消能计算
1.水流衔接计算如为远驱水跃则需建消力池;
2.池深计算;
3.池长计算。
6溢洪道水力计算
1.溢洪道设计洪水流量Qp=800m3/s,此时下游水位Z下
=680m;
2.溢洪道下游最低尾水位Z下min=677m,下游河床高程Z河底=675m;
3.溢洪道单宽流量q=20m3/s.m;
4.下游河床岩石坚硬,但完整性较差。
(一)确定溢洪道上游设计洪水位Z设洪;
1.溢洪前缘长度b;
2.堰顶水头H,堰剖面采用WES剖面;
3.上游设计洪水位Z设洪,Z设洪=Z堰顶+H
Z堰顶------堰顶高程,取Z堰顶=Z正(正常高水位)
(二)挑流消能计算
1.基本数据计算挑射角采用30o,上游库水位为设计
洪水位;
2.冲刷坑深度T计算T=KqZ?
ht;
8
3.空中挑距L0,水下挑距L1及总挑距L计算
据已知及计算所得数据,用下列公式写出不同鼻坎高度a与总挑距L的关系式,并列表进行计算。
S1=Z设洪-Z鼻坎;
L=L0+L1
4.鼻坎高程Z鼻坎确定(据上述计算结果确定);
5.冲刷坑后坡校核i=T/L;
6.反弧半径r的确定:
初设可由下式确定r=(4~10)hc
hc-----坎上收缩水深,由下式试算而得:
Eq2
0?
hc?
2g?
2h2
c
7.绘出溢流坝剖面图。
9