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水利工程论文-宽尾墩—消力池的简化计算方法.doc

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水利工程论文-宽尾墩—消力池的简化计算方法.doc

水利工程论文宽尾墩消力池的简化计算方法摘要本文对含有分流的水跃方程的特性进行了讨论,提出了宽尾墩消力池等效分流比的概念,利用安康等几个工程的试验资料给出了等效分流比和E0/hk及B/B0的关系,讨论了宽尾墩消力池优于平尾墩消力池的条件,并用算例表明了用等效分流比估算宽尾墩消力池的跃后水深或选择宽尾墩的收缩比是非常方便的。关键词宽尾墩消力池等效分流比宽尾墩是中国人的创造.虽然第一个宽尾墩用于潘家口水利枢纽的挑流消能1,但嗣后得到很快推广的却是宽尾墩消力池或消力戽型的消能,如安康、岩滩、五强溪、隔河岩等工程25。因此已进行过不少宽尾墩消力池的水工模型试验,积累了许多有用的试验资料。也有少数文献,对宽尾墩消力池的水力计算方法进行过讨论2、3、6,但这些文献的基本思路都是一样的,即在建立水跃方程的控制水体上,施加反弧等对水体的作用力。但是,影响这些作用力的因素很多,因此给出这些力的较好的经验表达式是很困难的.文献6对六个工程试验中127个反弧段上压力点的实测资料统计分析后,给出了反弧段上压强的经验表达式,但在有些条件下,计算的压强值对hk的变化非常敏感,hk变动3,反弧末端压强的值可以有很大的差别。本文的立足点和以往的文献不同,提出了宽尾墩消力池等效分流比的概念,通过对安康等四个工程试验资料的分析,给出了等效分流比和E0/hk及B/B0的经验关系式。利用等效分流比计算宽尾墩消力池的跃后水深或选择宽尾墩的收缩比B/B0是非常方便的。1.有分流时的水跃方程及方程的特性如图1所示,底流单宽入池流量为q1、相应的流速和水深为V1及h1,斜射水流的单宽入池流速和流量为V2及q1、它与水平线的夹角为β,跃后单宽流量为q3、相应的流速与水深为V3及h3。对ⅠⅠ与ⅡⅡ断面间的控制体写出流量平衡与水平向的动量平衡方程,则有q1q2q3}1图1有分流时的水跃简图ρq1V1ρq2V2cosβ1/2ρgh12ρq3V31/2ρgh32ρ为水的密度,令q1αq3,q21αq32把式2代入式1的第二式并除h21,则得3如想象全部流量q3都以底流形式入池,即无分流,且近似认为流速仍为V1,则想象的水深h1p和h1之间的关系近似为h1≌αh1p4令Fr1为无分流时的跃前水流弗洛特数,其值是5把式5代入式3,且令q2V2h2,ηh3/h16则式3可写成7再令8把式8代入式7,整理后得9式9就是确定η值的控制方程。η值决定于分流比α、参数Fr1和k值,而k值除和α有关外,还和β等有关。在转入研究宽尾墩消力池的等效分流比之前,先说明一下方程9的解的特性。1α1时k1,表示无分流,方程9退化为通常的水跃方程,相应的跃后水深h3p为102对不同的Fr1、α和k值,比值h3/hh3p给于表1。Fr1是与分流情况无关的可以确定的量,假如分流状态比较清楚,那么根据α与k值由表1立即可得h3/h3p值另一种情况是根据工程情况,规定了对h3/h3p的要求,则由表1可以选择适宜的分流情况。表1h3/h3Fr1,α,kαkFr123456789100.91.10.8300.9010.9180.9250.9290.9320.9340.9350.9361.20.9440.9700.9770.9800.9810.9820.9830.9830.9841.31.0291.0311.0311.0301.0291.0291.0291.0291.0290.81.2/0.7850.8100.8300.8410.8470.8520.8550.8581.3/0.8340.8660.8800.8870.8920.8950.8980.8991.40.7980.8970.9170.9260.9310.9340.9360.9380.9391.50.9020.9530.9650.9700.9720.9740.9750.9760.9760.71.4//0.7180.7550.7730.7840.7910.7960.8001.5/0.6930.7730.7990.8130.8220.8280.8320.8351.6/0.7680.8200.8400.8510.8580.8620.8660.8681.7/0.8260.8630.8780.8870.8920.8950.8980.9000.61.6///0.6270.6650.6850.6980.7070.7141.7//0.5990.6740.7030.7200.7300.7380.7441.8//0.6620.7140.7380.7510.7600.7670.7721.9//0.7110.7500.7700.7810.7890.7940.7980.52.0////0.5620.6000.6210.6350.6452.1///0.5290.6000.6300.6480.6600.6692.2///0.5820.6330.6580.6730.6840.6912.3//0.5600.6220.6620.6830.6970.7060.7133当β90°时,k1/α,但仍需满足kkmin的要求。当kkc时,h3/h3p1kminkc时h3/h3p1。kc值由式11确定112.宽尾墩消力池的等效分流比αe宽尾墩消力池,对入池流量而言都有一个共同的特点分流。即一部分形成底流,另一部分形成挑流或跌流。但它们的分流参量往往都不很明确,不能从它的设计和水流运动直接、明确地判定分流参数α和k值。因此本文提出了等效分流的概念,相应的等效分流参数的αe和ke。所谓等效分流,即假想把总流量分成两部,一部分的β0°,另一部分的β90°,由式8知,相应条件下有ke1/αe12这时式9成为13Fr1实际上是已知的,所以方程13中只含一个未知参量αe。那么αe和哪些因素有关呢一个直观的考虑是αe应和宽尾墩形成的附加机械能损耗有关,

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