水力学综合练习指导书

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1、综合练习指导书§1取水口水力计算一、基本数据1．Z正=710.00m,Z底板=685.00m;2．Z运行=690.00m，Q≥24m³/s;3．进口拟采用竖井式，井内装平板闸门控制流量，进口曲线拟采用喇叭形，闸门距喇叭口约40米，闸门有压段、闸后平台、扩散段、斜坡段、消力池均采用混凝土衬砌，其糙率n=0.014。二、水力计算（一）进口形式及尺寸拟定本工程采用深式进水口，其闸前段为有压段，闸后接隧洞。由于本工程进口段及其后隧洞基岩均为沙页岩，为减小内水压力，减少衬砌厚度，节省投资，闸后隧洞拟采用无压隧洞，这样可

2、以减小洞身产生气蚀的可能性。1．闸孔尺寸确定①计算条件运行水位Z运行=690.00m；闸门全开e=a；取水流量Q=24m³/s；②水力计算按平板闸门闸孔自由出流流态计算有压进口尺寸。计算公式：式中：垂直收缩系数，查参考书（一）P.203；流速系数：式中：∑ζ进口段局部阻力系数之和闸孔宽b，闸孔高a（见附图二）是待定量，设计中常假设b、a来计算Q，直到Q等于设计流量为止。表一闸孔尺寸计算表10计算结果：a*b=校核：Q选定结果：2．喇叭口曲线确定为了减小进口水损，压力进口段作

3、成椭圆形曲线，曲线方程为：式中：a洞高（前面的计算结果）；b曲线短半轴b=a/3。表二进口曲线坐标值计算表进口两侧边墙作成圆弧形，其半径为r=a/2。喇叭口示意图见附图三。（二）取水口工作特性曲线的绘制为了在运行管理中控制流量，要求绘制在不同开度e下水库水位Z（或水头H）和流量Q的关系曲线（即取水口工作特性曲线）。闸孔泄流仍按自由出流计算：式中：λf相应于闸门下收缩断面的流速水头的沿程损失系数，Σζ=(ζ进+2ζ门槽)()2+ζ门ζ门闸门损失系数10表三不同开度

4、的值计算表以开度e为参数的H～Q关系曲线计算表见表四表四不同e不同H闸孔的过流能力Q值计算表（单位m³∕s）据表四绘出取水口工作特性曲线。§2闸后平台扩散段，闸后消能及无压隧洞水力计算一、已知数据1．隧洞用浆砌条石砌筑，采用标准门洞形断面，底坡i=1/1000，糙率n=0.02；2．浆砌条石抗冲允许流速V不冲=5m/s；3．按地形条件可知隧洞长度约为400米；4．按工程要求库水位Z=690.00m时，Q≥24m³/s，故设计流量按在水位Z=710.00m时，为Q=30m³/s计算。二、水力计算因无压隧洞流速较

5、进口段流速小得多，其过水断面宽度将大于闸孔宽度，为保证水流平顺进入隧洞，二者间拟用渐变段连接（进口段至隧洞的平面布置见附图四）（一）无压隧洞1．无压隧洞断面尺寸拟定无压隧洞内水流为均匀流，断面按明渠均匀流设计。断面宜做成窄深式，取高宽比β=1~1.5,上半部圆形拱的半径r=b/2。2．流速校核通过设计流量时的流速V应小于V不冲。3．尺寸确定据暂行规范对低流速无压隧洞净空的要求，净空断面积应大于隧洞面积的15%，净空高度>40㎝。（二）闸后扩散段1．尺寸拟定因闸孔宽与隧洞宽度不同，需设置一渐变段与隧洞连接，渐变

6、段底坡拟采用平底坡（i=0）。10为避免高速急流脱离边界及冲击波影响水流的稳定，渐变段直线边墙的扩散角宜控制在4°~8°内，渐变段长度L1用下式计算。式中：b1闸孔宽；b2隧洞宽；θ扩散角。扩散段进口距闸后3e（e闸门开度）。2．2、扩散段末端水深计算扩散段进口水深为闸后收缩断面水深hc，但末端水深因其进口有一水面跌落而小于进口水深。因扩散段渠宽沿程变化，故扩散段末端水深h末按非棱柱体渠道分段求和法计算。计算流量Q从小到大直至设计流量（从工作特性曲线上可查出各级

7、流量的相应闸孔开度），计算表见五。（三）（三）、闸后消能计算1．1、消力池的工作条件从闸孔泄水一般都是高速水流，闸后需设消力池。取水口在实际运行时，水头和流量都随时发生变化，为使消力池能适应任何条件下的消能要求，必需确定哪些条件对消力池不利，也就是什么条件下需要的消力池最大。从运行水位来看，很明显库水位愈高，闸下流速愈大，要求的池身也大。但消力池最大深度不一定发生在最大流量下，因而应对各种流量进行计算。综上所述，计算池深度考虑的工作条件是：①库水位为正常蓄水位710.00m(H=25m);②流量Q从小到大直至

8、设计流量。2．2、池身计算用近似公式计算S=σhc″-ht式中：σ=1~1.05S各级流量下挖深式消力池深度；ht无压隧洞中水深，ht=hc˝;h″各级流量下的跃后水深，由下式计算：10hˊ各级流量下的跃前水深，因各级流量下斜坡上的水流均为急流，其流速变化不大，故可取扩散段末端水深h末为斜坡段末端水深hˊ（即跃前水深hˊ=h末）。表五各级流量下扩散段末