Excel水力计算展示——闸孔出流水力计算设计

1、Excel水力计算展示之专题9. 闸孔出流过流能力计算实际工程的水闸，闸底坎一般为宽顶堰和曲线型实用堰，闸门类型主要有平板闸门和弧形闸门。闸孔出流的形式有自由出流和淹没出流两种。如下图所示 图9-1 闸孔自由出流 9-2 闸孔自由出流 9-3 闸孔淹没出流判别标准分别为：当时，下游发生远离式水跃或临界式水跃，此时闸孔出流为自由出流；当时，下游发生淹没式水跃，此时的闸孔出流为淹没出流。其中，为收缩断面水深的共轭水深，为下游水深。1.自由出流对于自由出流，其计算公式如下 （9-1）式中：为过堰流量，m3/s；为闸孔出流的流量系数；为闸孔净宽，m；为闸门开度，m； 为闸前总水头，m。对于平板闸门，流

2、量系数可用下式计算 （9-2）应用范围： 。对于弧形闸门，流量系数可用下式计算 （9-3）为闸门下缘切线与水平线的夹角，适用于： ， 。2.淹没出流由上面分析可以看出，闸孔淹没出流的条件为。当闸孔为淹没出流时，泄流能力比同样条件下的自由出流小，在实际计算时，是将平底闸孔自由出流的式（91）右端乘上一个淹没系数，即： （94）式中 ：淹没系数，可由及可查图9.4得到，为闸上、下游水位差。图9-4闸孔出流的淹没系数【工程任务】矩形渠道中修建一水闸，闸底板与渠底齐平，闸孔宽等于渠道宽度为3m，闸门为平板门。今已知闸前水深为5m，闸孔开度为1m。求下游水深为3.5米时通过闸孔的流量。【分析与计算】因为

3、， 故为闸孔出流 判别闸孔出流的性质：，查阅相关规范得：，则收缩水深m收缩断面的共轭水深，由下式计算 收缩断面的流速 若忽略行近流速的影响，则 m/s收缩断面的共轭水深 m因为 mm故闸孔为淹没出流，流量根据式（91）计算。查图9.4可得淹没系数，所以闸孔出流流量为m3/s【Excel迭代计算】以上对流量的迭代计算过程较繁琐，需重复多次使用流量公式，使用Excel计算软件进行迭代，可大大加快计算速度。按照闸孔出流的计算思路编写excel的计算程序，如下图所示。表9.1 闸孔出流计算表ABCDEFG1闸孔出流水力计算2上游水头H(m)闸孔开度e（m）闸门相对开度e/H判断是否为闸孔出流闸门宽度b

4、（m）下游水深ht（m）垂直收缩系数2（根据相对开度查表）3510.2是33.50.624流量系数收缩流速v（忽略行进条件）（m/s）收缩水深hc（m）跃后水深hc"(m)是否为淹没出流 淹没系数s（自由出流为1）流量Q（m3/s）50.565 9.018 0.620 2.913 是0.7212.08 计算的Excel公式如表9.2。表9.2 闸孔出流能力Excel计算公式序号名称Excel公式水力计算公式1闸门相对开度e/HC3=B3/A32判断是否为闸孔出流D3=IF(AND(C3<=0.65,C3>=0.2),"是","否")

5、3流量系数A5=0.6-0.176*C34收缩流速v（忽略行进条件）（m/s）B5=A5/G3*SQRT(2*9.8*A3)5收缩水深hc（m）C5=G3*B36跃后水深hc"(m)D5=C5/2*(SQRT(1+8*B52/(9.8*C5)-1)7是否为淹没出流E5=IF(D5<F3,"是","否")8流量Q（m3/s）F5=F5*A5*E3*B3*SQRT(2*9.8*A3)【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“ ”，乘“ *”，除“ /”，开平方“sqrt( )”，幂函数“ab”(即a的b次幂)等

6、的函数，都要严格符合Excel计算程序的要求。否则，错一个符号，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，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)”。【