《11 消力坎式消力池水力计算.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《11 消力坎式消力池水力计算.docx(11页珍藏版)》请在课桌文档上搜索。
1、专题IL消力坎式消力池水力计算当泄水建筑物下游发生远离式水跃时,也可以采用修建消能墙,使墙前水位壅高,以期在池内发生稍有淹没的水跃。其水流现象与挖深式消力池相比,主要区别在于池出口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。水力计算的主要任务是确定墙高C和池长Lbo【工程任务】如图所示为一5孔溢流堰,每孔净宽b=7m,闸墩厚度d=2m,上游河道宽度与下游收缩断面处河道宽度相同,即BO=BC=nb+(n-l)d,上下游水位的高程如图中所注,当每孔闸门全开时,通过的泄流量Q=1400m3s,试求:判别底流衔接形式,如为远趋式水跃,试设计一消力坎式消力池。【分析与计算】1.判断是否需要修建消力池上游水面
2、收缩断面处河底总能量为E0 = p + H+- = p + H +2gQ22g(r+H)B(式 Il-Dp=p1=155-10=55(w)=162.4155=7.4(。=1400(5)B0=n?+(n-l)t=57+(5-1)2=32(n)代入上式可得:Eo =55 + 7.4 +1400329.8(55 + 7.4)432= 62.4 l(w)收缩断面处的河道宽度BO=Bt=43(m),则收缩断面处的单宽流量qjQIBc=1400/43=32.56(W3/6“)坝面流速系数夕=10.015p/H=1-0.015X55/7.4=0.885收缩断面水深的计算公式为(式11-2)69.6,.1.3
3、2.562.62.41=H;-=h+C29.80.88522C经迭代得4=1.061(m)区的共轨水深为:1.06132.5621)=X(Jl+8X1)13.758(加)2V9.81.0613下游水深4=110-100=10(小)。因为413.758(M,所以产生远离式水跃,故需要修建修建消力池,或修建消力坎。2.设计消力坎式墙高墙高计算基本公式为C=bjhJ+塞-=P(式11.3)JC2g(b也”)2z(1)先假设消力墙坎处为自由溢流此时,=1,又加=0.42,z=1.05,代入上式得:3JC = 1.05x13.758”+32,5622g(1.05l3.758)2_(_f1 0.42 2
4、9.8=7.89(m)验证消能墙上的流态:H = +2g(jhcl1)2= 1.0513.758-7.89 +32.56?2x9.8x(1.05x13.758)2=6.81(/?)hs hl-C10-7.896.74= 0,3120.45,属于自由出流,说明假设正确。即计算的墙高也正确,但需要检查消能墙后的底流衔接形式。(2)消力池后底流消能衔接形式的判别这时消力墙前的总能量为E。5+q:2g(b也 ”)22g(jhcn)21.0513.785 +32.56?2x9.8x(1.05x13.785)2=14.47+0.26=14.73(M经迭代计算得阳=2.32(。收缩断面的共扼水深%”=牛(J
5、1+8系1)2.32zLQ32.562nX(Jl+8Xr-1)V9.82.3238.56(m)因为4J;B6)10第4次迭B7=C6计算项目序号名称Excel公式水力计算公式11代(02工作簿)C7=,01计第表格,!$B$9/COl计算表格,!$E$4*SQRT(2*9.8*(01计第表格!$D$9+$B$2-O2自动迭代(勿动)B7)12第5次迭代(02工作簿)B8=C713C8=,01计算表格!$B$9/(,01计算表格,!$E$4*SQRT(2*9.8*(O1计算表格!$D$9+$B$202自动迭代(勿动),!B8)14收缩断面共视水深he(m)B13=A13/2*(SQRT(I+8*
6、$B$9A2/(9.8*A133)-1)也吾q1%RqCngh:15下游水跃形式Cl3=IF(B13D4,远趋式水跃”,IF(Bl3=D4.临界式水跃*淹没式水跃)16是否需要修建消力池D13=IF(OR(C13=远趋式水跃,C13=临界式水跃是,需要修建消力池否,不需修建消力池”)消力坎高度计算情况一:自由溢流17折线形实用堰掩上总水头H0(m)B16=($B$9/(A16*$A$6*SQRT(2*9.8)A(2/3)同。-(V)3b2g18消力坎高度C(m)Cl6=$B$6*$B$13+$B$9A2/(2*9.8*SQRT(SB$6*SB$13)2-B1622C=+q-(4户2g(bz也)
7、my2g19实用堰出流淹没高度hs(m)D16=D4-C16hl-C20A16单元格A16=IF($F$16=自由溢流”,情况一:属自由溢流,请检验是否需修建第二坎消力坎属淹没溢流,请参考情况二”)计算项目序号名称Excel公式水力计算公式21实用堰下游收缩水深hci(m)A19=,02自动迭代(勿动),!$G$822收缩断面共挽水深hci(m)B19=A192*(SQRT(1+8*$B$9A2/(9.8*A193)-1)23消力坎后的水跃形式Cl9=1F(SB$19$D$4,远趋式水跃”,IF($B$19=$D$4,临界式水跃淹没式水跃)24是否需要修建第二道消力坎D19=IF($C$19=
8、淹没式水跃,不需修建第二道消力坎需要修建第二道消力坎)消力坎高度计算情况二:淹没出流25堰上总水头H1o,(m)B22=$BS6$BS13-A22+$B$9人2/(2*9.8*($B$6*$B$13)2)2Ht=h,-c,+%-0JC2g(b也$226实用堰出流淹没高度hs(m)C22=$DS4-A22hs=hl-c27淹没系数。JD22=3.82-14.9*C22B22+25.74*(C22B22)2-14.66*(C22B22)3hhs=3.S2一14.9q+25.74)2do乩O-14.66(4PHIo28单宽流量q(m3(sm)E22=D22*$A$6*SQRT(2*9.8)*B22A
9、(32)cl=my2H29是否为所求高度C(精度2%)F22=IF(ABS(E22-$B$9)/$B$9)O,SUM1F(F22F31,是”,A22:A31)/COUNTlF(F22:F31,是假设坎高不符合要求,请重新假设不需修建消力池”)消力池长度计算31消力池池长LB取值取值(m)E13=IF(D13=是,需要修建消力池,C6*6.9*(B3A13)J不需修建消力池)4=(0.70.8)Ij【编写计算程序时需要注意的问题】正确使用常用的计算函数。表示加减“一”,乘“”,除“/D开平方“sqrt()”,幕函数“a(即a的b次塞)等的函数,都要严格符合EXCel计算程序的要求。否则,错一个符
10、号,都可能导致计算的错误。尤其需要注意的是,乘号在任何时候都不能省略。思路要清晰,“()”要对称。在EXCel计算程序中,需用括号之处一律用小括号,没有中括号和大括号的使用。在编写时,务必保证“()”的左右对称,使用得当。合理布置表格结构。在编写程序前,应在工作薄中合理布置“已知条件”和“计算程序”的位置,一般条件下,将已知的参数“已知条件”集中放在一个区域,将计算的过程集中放在一个区域,计算过程按试算思路的顺序进行。绝对单元格的的引用。“已知条件”中的部分数据,在“计算过程”的每一个试算过程都要用到,如n、i、m、b等参数。对这些参数,应进行绝对化单元格,才能保证在下拉时这些单元格参与到每个试算过程的计算。绝对化单元格的符号“$”,如“$B$4”。使用IF函数判断闸孔出流的类型等,IF函数的基本形式为“IF(条件,符合条件输出的数据,否则)【参考文献】1刘亚坤,水力学M.北京:中国水利水电出版社,2007张春娟,工程水力计算M.北京:中国水利水电出版社,20103罗全胜,王勤香,水力分析与计算M.郑州:黄河水利出版社,2011