水力学-过流建筑物的水力计算7.6-7.8解析.ppt

* * * * * * * * 1、底流式消能（underflow energy dissipation） 利用水跃表面旋滚和 强烈紊动消能 在建筑物下游采取一定工程措施，控制水跃发生位置，使得c-c断面的急流与下游正常缓流衔接起来。高流速主要在底部。 2、挑流式消能(ski-jump energy dissipation) 利用挑流水舌与旋滚消能 利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。 3、面流式消能(surface flow energy dissipation) 当下游水深较大且比较稳定时，可采取一定工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部旋滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。 利用表面旋滚消能 下图采用消能戽是一种底流和面流结合应用的实例。 7.8 底流消能的水力计算 主要内容： 1、控制断面水深hc的计算 2、水跃位置与形式的判别 3、消能池的设计 一、控制断面水深hc的计算 1、推导：利用能量方程（E.E） 2、hc计算方法： 试算图解法 迭代计算（矩形断面） 查图法 令 对于矩形断面： 二、水跃的位置与形式及其对消能的影响 临界式水跃 远驱式水跃 淹没水跃 平底闸孔下游三种水跃衔接形式的示意图 水流衔接形式与消能要求 2 = c t j h h s —淹没系数 σj1 — 淹没水跃 消能要求：稳定略淹没的水跃 控制淹没系数 σj＝1.05～1.1 三、消能池的水力计算 挖深式～降低护坦高程； 消力坎式～在护坦末端修建消能坎； 消能池的形式： 一 降低护坦高程消力池的设计 1、特点：降低护坦高程； 2、设计内容： 池深d； 池度Lk； 3、池深d的确定： 3、池深d的确定： 消能条件 几何条件 出口能量条件 确定池深d的步骤： 1、根据设计流量Q设，初估一个初始值d1； 2、计算 3、根据 确定 和 ； 4、计算 ； 5、计算 ； 6、比较 ； 较大时，重新假设进行试算，重复步骤2～6，直到 满足要求。 粗略估算： 4、消能池长度Lk的确定： Lk＝（0.7～0.8）Lj 5、消能池设计流量的确定： 1）池深设计流量的确定： 2）池长设计流量： Q ht hc” h (hc”- ht)max Qd Q长d Qmax (hc”-ht)max Q深d 二 在护坦末端设置消能坎所形成的消能池 主要内容： 1、确定坎高c； 2、确定池长Lk； 特点: E0保持不变; 坎后水流的衔接; 1、坎高c的设计 1) 满足的条件: 消能要求: 几何要求: 出池能量条件: 看成折线型或曲线型实用堰 出池能量条件: 坎的流量系数; 坎后淹没系数; 自由出流; 查表9.2; 2) c的计算步骤: Qd E0 hc hc H10, H1 校核 出流 一级坎设计合理: A 试算坎高: B A:坎后水流衔接校核， 设第二级坎； End； B: 试算坎高， ，A ，B 2、消能池长Lk的计算 Lk＝（0.7～0.8）Lj 3、设计流量的确定 在不同流量范围内假定不同的流量，确定不同c，取较大值。 三 综合式消能池 设计：先按坎后产生临界水跃设计c，降低c值，由c和H1确定d 综合式消力池 消力墩 四 辅助消能工 目的：加剧扩散，紊动，混掺， 方法：趾墩，消能墩，尾槛等 五 下游防护 组成：护坦， 海漫，齿墙等 溢流坝 水利工程的泄流建筑物 和下游消能设施 消力池 2、挑流式消能(ski-jump energy dissipation) 7-9 挑流消能的水力计算 主要任务是：按已知的水力条件选定适宜的挑坎型式，确定挑坎高程、反弧半径和挑射角，计算挑流射程和下游冲刷坑深度。 一、挑流消能水力计算 1）挑流射程的计算 2）冲坑深度的计算 3）挑坎的设计 挑流消能的优点是：节约下游护坦，构造简单，便于维修；缺点是雾气大，尾水波动大。 1）挑流射程的计算 1、射程 L0 的计算公式 2、水下射程 L1 其中，ts 为冲刷坑的深度。 式中： a为坎高，即下游河床至挑坎顶部的高差；ht为冲刷坑后的下游水深；h1为1-1断面的水深。 2）冲刷坑深度的估算 （1）对于砂卵石河床，可用下式计算： （2）对于岩石河床，经验公式为 式中：ts为冲刷坑深度，