水利工程論文-寬尾墩—消力池的簡化計(jì)算方法.doc

水利工程論文-寬尾墩消力池的簡化計(jì)算方法摘要：本文對含有分流的水躍方程的特性進(jìn)行了討論，提出了寬尾墩消力池等效分流比的概念，利用安康等幾個(gè)工程的試驗(yàn)資料給出了等效分流比和E0/hk及B/B0的關(guān)系，討論了寬尾墩消力池優(yōu)于平尾墩消力池的條件，并用算例表明了用等效分流比估算寬尾墩消力池的躍后水深或選擇寬尾墩的收縮比是非常方便的。關(guān)鍵詞：寬尾墩消力池等效分流比寬尾墩是中國人的創(chuàng)造.雖然第一個(gè)寬尾墩用于潘家口水利樞紐的挑流消能1，但嗣后得到很快推廣的卻是寬尾墩消力池(或消力戽)型的消能，如安康、巖灘、五強(qiáng)溪、隔河巖等工程2-5。因此已進(jìn)行過不少寬尾墩消力池的水工模型試驗(yàn)，積累了許多有用的試驗(yàn)資料。也有少數(shù)文獻(xiàn)，對寬尾墩消力池的水力計(jì)算方法進(jìn)行過討論2、3、6，但這些文獻(xiàn)的基本思路都是一樣的，即在建立水躍方程的控制水體上，施加反弧等對水體的作用力。但是，影響這些作用力的因素很多，因此給出這些力的較好的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式是很困難的.文獻(xiàn)6對六個(gè)工程試驗(yàn)中127個(gè)反弧段上壓力點(diǎn)的實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)分析后，給出了反弧段上壓強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式，但在有些條件下，計(jì)算的壓強(qiáng)值對hk的變化非常敏感，hk變動3%，反弧末端壓強(qiáng)的值可以有很大的差別。本文的立足點(diǎn)和以往的文獻(xiàn)不同，提出了寬尾墩消力池等效分流比的概念，通過對安康等四個(gè)工程試驗(yàn)資料的分析，給出了等效分流比和E0/hk及B/B0的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。利用等效分流比計(jì)算寬尾墩消力池的躍后水深或選擇寬尾墩的收縮比B/B0是非常方便的。1.有分流時(shí)的水躍方程及方程的特性如圖1所示，底流單寬入池流量為q1、相應(yīng)的流速和水深為V1及h1，斜射水流的單寬入池流速和流量為V2及q1、它與水平線的夾角為，躍后單寬流量為q3、相應(yīng)的流速與水深為V3及h3。對-與-斷面間的控制體寫出流量平衡與水平向的動量平衡方程，則有q1+q2=q3(1)圖1有分流時(shí)的水躍簡圖q1V1+q2V2cos+1/2gh12=q3V3+1/2gh32為水的密度，令：q1=q3,q2=(1-)q3(2)把式(2)代入式(1)的第二式并除h21，則得(3)如想象全部流量q3都以底流形式入池，即無分流，且近似認(rèn)為流速仍為V1，則想象的水深h1p和h1之間的關(guān)系近似為：h1h1p(4)令Fr1為無分流時(shí)的躍前水流弗洛特?cái)?shù)，其值是(5)把式(5)代入式(3)，且令q2=V2h2,=h3/h1(6)則式(3)可寫成：(7)再令(8)把式(8)代入式(7)，整理后得(9)式(9)就是確定值的控制方程。值決定于分流比、參數(shù)Fr1和k值，而k值除和有關(guān)外，還和等有關(guān)。在轉(zhuǎn)入研究寬尾墩消力池的等效分流比之前，先說明一下方程(9)的解的特性。(1)=1時(shí)k=1，表示無分流，方程(9)退化為通常的水躍方程，相應(yīng)的躍后水深h3p為(10)(2)對不同的Fr1、和k值，比值h3/hh3p給于表1。Fr1是與分流情況無關(guān)的可以確定的量，假如分流狀態(tài)比較清楚，那么根據(jù)與k值由表1立即可得h3/h3p值；另一種情況是根據(jù)工程情況，規(guī)定了對h3/h3p的要求，則由表1可以選擇適宜的分流情況。表1h3/h3*(Fr1,k)kFr123456789100.91.10.8300.9010.9180.9250.9290.9320.9340.9350.9361.20.9440.9700.9770.9800.9810.9820.9830.9830.9841.31.0291.0311.0311.0301.0291.0291.0291.0291.0290.81.2/0.7850.8100.8300.8410.8470.8520.8550.8581.3/0.8340.8660.8800.8870.8920.8950.8980.8991.40.7980.8970.9170.9260.9310.9340.9360.9380.9391.50.9020.9530.9650.9700.9720.9740.9750.9760.9760.71.4/0.7180.7550.7730.7840.7910.7960.8001.5/0.6930.7730.7990.8130.8220.8280.8320.8351.6/0.7680.8200.8400.8510.8580.8620.8660.8681.7/0.8260.8630.8780.8870.8920.8950.8980.9000.61.6/0.6270.6650.6850.6980.7070.7141.7/0.5990.6740.7030.7200.7300.7380.7441.8/0.6620.7140.7380.7510.7600.7670.7721.9/0.7110.7500.7700.7810.7890.7940.7980.52.0/0.5620.6000.6210.6350.6452.1/0.5290.6000.6300.6480.6600.6692.2/0.5820.6330.6580.6730.6840.6912.3/0.5600.6220.6620.6830.6970.7060.713(3)當(dāng)90時(shí)，k1/，這時(shí)有分流時(shí)的躍后水深h3一定小于無分流時(shí)的躍后水深h3p。但由表1可知，對一定的Fr1和值，存在一個(gè)最小k值kmin，當(dāng)kkmin時(shí)不會形成水躍；當(dāng)一定時(shí)，kmin值隨Fr1的提高而減??；當(dāng)Fr1一定時(shí)，kmin值隨的降低而增大。當(dāng)1而kmink=1時(shí)，h3=h3p。(4)當(dāng)01/，但仍需滿足kkmin的要求。當(dāng)k=kc時(shí)，h3/h3p=1；kminkkc時(shí)h3/h3pkc時(shí)h3/h3p1。kc值由式(11)確定(11)2.寬尾墩-消力池的等效分流比e寬尾墩-消力池，對入池流量而言都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：分流。即一部分形成底流，另一部分形成挑流或跌流。但它們的分流參量往往都不很明確，不能從它的設(shè)計(jì)和水流運(yùn)動直接、明確地判定分流參數(shù)和k值。因此本文提出了等效分流的概念，相應(yīng)的等效分流參數(shù)的e和ke。所謂等效分流，即假