精品水力学计算说明书.docx
《精品水力学计算说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品水力学计算说明书.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
精品水力学计算说明书
水力学实训设计计算书
指导老师：
柴华
前言
水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。
在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。
水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。
水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。
它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。
课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。
水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关”的。
综观所有人类文明，几乎都是伴着河、海而生的
通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。
任务二：
分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。
边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
任务三：
绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。
任务四：
溢洪道消力池深、池长计算：
或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算
任务二：
分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。
边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
1.根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25.20，堰顶高程18.70，堰底高程为17.45，计算下游收缩断面水深hC，
P=18.70-17.45=1.25mH=25.20-18.70=6.5m
P/H=1.25÷6.5=0.19<0.8为自由出流
m=0.32+0.171（P/H）^0.657
=0.442
设H0=H，由资料可知溢洪道共两孔，每孔净宽10米，闸墩头为圆形，敦厚2米，边墩围半圆形，混凝土糙率为0.014.故查表可得：
ζ0=0.45ζk=0.7
ε=1-0.2（ζk+（n-1）ζ0）×H0/nb=0.92
H0=（q/（εm（2g）^0.5））^2/3=6.77m
E0=P+H0=6.77+1.25=8.02m
查表的：
流速系数ψ=0.94
根据公式E0=hc+q2/2gφ2hc2，可求出hc=3.63mq=Q/B=633.8÷22=31.69m3/s
则其共轭水深：
hc”=hc（（1+8q2/ghc3）1/2-1）=5.92m
水跃发生位置Lj=6.9（hc”-hc）=6.9×（5.92-3.29）=18.15m>5m,故不发生水跃。
2.临界水深hk计算：
根据矩形断面渠道临界水深hk的计算，其水面宽度与底宽相等，即B=b，M=bh,
令
，则
，q为单宽流量，a为动能修正系数。
所以：
hk=4.68m
平坡段水面曲线计算
（1）判断水面曲线的型式
该段为平坡,收缩断面hc=3.63,hk=4.68，属于C区的水面曲线为C0型壅水曲线。
（2）水面曲线计算
以闸后断面为控制断面向下游推算。
将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.63米，假定h2=3.634米、h3=3.648、h4=3.642、h5=3.6455米，根据已知渠道全长（即L=5m）。
将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。
具体计算结果如下：
取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1h1=3.63米
A1=bh1=3.63×20=72.6m2
v1=Q/A1=633.8/72.68=8.73（α=1）
Es1=h1+v12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m
同理，可算出h2=3.634m，A2=72.68m2，v2=8.72m2/s，Es2=7.514ΔEs=-0.0046
计算平均水力坡降
计算
同理：
J1=0.003489
=1/2（J1+J2）=0.0348
=
=1.31
。
其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为3.646m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
陡坡段水面曲线计算（1：
10）
1.
（1）试算法和图表法求正常水深
1试算法。
假设一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q=AC
，计算出相应的流量Q值。
根据水深和流量值绘出h0~Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求解得天然河道水深h0.
求h0，hk,判别水面线类型。
设h0=2.49，2.485，2.475，2.465，2.45.，分别计算出相应的面积A，湿周X，水利半径R，谢才公式C及流量Q值，见表。
水深试算1
h0（m）
A（m2）
χ（m）
R（m）
C（m1/2/s）
Q=√Ri（m3/s）
2.49
54.78
26.98
2.030393
26.03068
642.5361239
2.485
54.67
26.97
2.027067
25.98804
639.6710004
2.475
54.45
26.95
2.020408
25.90267
633.9601409
2.465
54.23
26.93
2.013739
25.81717
628.2751439
2.45
53.9
26.9
2.003717
25.68869
619.7961729
由表数据绘出h0~Q曲线，如图所示。
根据设计流量Q=633.8m3/s，在曲线上差的渠道正常水深h0=2.474m临界水深令
，则
，q为单宽流量，a为动能修正系数。
所以：
hk=（q2/g）1/3=4.39m。
（3）判断水面曲线的型式
hk>h>h0,渠道为陡坡,故水曲线为B2型降水曲线
（4）水面曲线计算
断面为控制断面向下游推算。
将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.646米，假定h2=3.21米、h3=2.966、h4=2.775、h5=3.633米，根据已知渠道全长（即L=20.1）。
将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。
具体计算结果如下：
取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1h1=3.646米
A1=bh1=3.63×20=80.201m2v1=Q/A1=633.8/80.201=7.9026（α=1）
Es1=h1+v12/2g=3.646+7.92/（2×9.8）=6.831m
同理，可算出h2=3.21m，A2=70.62m2，v2=8.97m2/s，Es2=7.319ΔEs=0.4877计算平均水力坡降
计算
同理：
J1=0.002755
=1/2（J1+J2）=0.0034
=
=5.04
。
其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为2.633m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
边墙高计算：
已知各断面水深h、流速v、水利半径R，查表可知掺气水深系数k=0.005可求出个断面边坡高墙
1-1断面高强计算：
已知h1=3.646m、v1=7.902m2/s、R1=2.738m
β=
=0.89764
ha=
=3.646÷0.89764=4.54364
陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2m
故边坡墙高度为：
6.5m
同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5断面边坡墙高度，如表所示：
断面
h（m）
A（m^2）
x（m）
R（m）
C（m^0.5/s）
v（m/s）
β
h墙
1-1断面
3.6455
80.201
29.291
2.7380765
90.983836
7.9026446
0.89576
6.54126
2-2断面
3.21
70.62
28.42
2.4848698
89.524229
8.9747947
0.858087
6.068087
3-3断面
2.966
65.252
27.932
2.336102
88.607799
9.7131122
0.829154
5.795154
4-4断面
2.775
61.05
27.55
2.215971
87.831573
10.381654
0.801186
5.576186
5-5断面
2.633
57.926
27.266
2.1244774
87.216502
10.941546
0.776694
5.409694
陡坡段水面曲线计算（1：
3.02）
1.
（1）试算法和图表法求正常水深
1试算法。
假设一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q=AC
，计算出相应的流量Q值。
根据水深和流量值绘出h0~Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求解得天然河道水深h0.
求h0，hk,判别水面线类型。
设h0=2，1.9，1.897，1.85，1.8，分别计算出相应的面积A，湿周X，水利半径R，谢才公式C及流量Q值，见表。
水深试算2
h0（m）
A（m2）
χ（m）
R（m）
C（m1/2/s）
Q=√Ri（m3/s）
2
44
26
1.692308
21.69625
714.6174
1.9
41.8
25.8
1.620155
20.77122
635.9355
1.897
41.734
25.794
1.617973
20.74325
633.6492
1.85
40.7
25.7
1.583658
20.3033
598.3954
1.8
39.6
25.6
1.546875
19.83173
562.0565
由表数据绘出h0~Q曲线，如图所示。
根据设计流量Q=633.8m3/s，在曲线上差的渠道正常水深h0=1.896m临界水深hk=（q2/g）1/3=4.39m。
（5）判断水面曲线的型式
因为渠道为陡坡，且hk>h>h0,故水曲线为c0型降水曲线
（6）水面曲线计算
断面为控制断面向下游推算。
将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=2.633米，假定h2=2.3米、h3=2、h4=1.8、h5=1.62米，根据已知渠道全长（即L=28.97m）。
将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。
具体计算结果如下：
取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1h1=2.633米
A1=bh1=2.633×22=57.926m2
v1=Q/A1=633.8/57.926=10.94（α=1）
Es1=h1+v12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m
同理，可算出h2=2.3m，A2=50.6m2，v2=12.5m2/s，Es2=10.3ΔEs=1.56
计算平均水力坡降
计算
同理：
J1=0.0074
=1/2（J1+J2）=0.093
=
=4.85
。
其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为1.62m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
边墙高计算：
已知各断面水深h、流速v、水利半径R，查表可知掺气水深系数k=0.005可求出个断面边坡高墙
1-1断面高强计算：
已知h1=2.633m、v1=10.9m2/s、R1=2.1m
β=
=0.77
ha=
=3.646÷0.77=3.4
陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2m
故边坡墙高度为：
5.4m
同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5断面边坡墙高度，如表所示：
断面
h（m）
A（m^2）
x（m）
R（m）
C（m
升级会员 