对称曲线边墙窄缝挑坎的体型设计方法

《对称曲线边墙窄缝挑坎的体型设计方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、对称曲线边墙窄缝挑坎的体型设计方法摘要：根据辐射水流特性，应用冲击波简化式，直接推导曲线反射扰动线方程，建立了无需试算迭代、且比较规范的对称曲线窄缝挑坎体型设计方法及水力计算方法.水力学模型试验验证了本文的计算方法.关键词：窄缝挑坎辐射水流冲击波水舌扰动线窄缝挑坎是一种典型的消能工，国内外都进行了研究，取得了不少的成果，至少有20几个水利水电工程采用了窄缝消能技术.但到目前为止，尚无成熟的体型设计方法.直线边墙窄缝挑坎虽体型简单，便于施工，但它产生强烈的冲击波.东江[１]等水电站通过实验研究成功地采用二级直线边墙收缩来降低冲击波的强度.事实上当直线边墙收缩级数很大时就是曲线边墙，最简单的边

2、墙曲线为共轭圆弧，缺点是水面产生很大的变形[２].2建立反射扰动线方程新的冲击波简化式为[４]sinθ=1/(Fr)(11)式中：Fr为来流佛汝德数；θ为扰动线(或波阵面)与下游边墙的夹角.图1边墙曲线示意得到所需的α0值后，就可用式(3)、(4)、(6)算出Fr2、RS0,R2值.见图1，在平面上任意选取一直线作为对称轴，在该轴线上任意给一定点O作为辐射中心，用式(3)、(4)、(6)确定S0,W点的位置.对任一辐射线，它与对称轴的夹角为αs，与S0W扰动线交于S点，通过S点的直线特征线交边墙曲线于A点.曲线边墙可看作边墙连续的微转折［５］，冲击波简化式可以应用于曲线边墙情况，其微扰动线

3、就是特征线，例如，在A点应用式(11)，Fr为A点的佛汝德数，θ为A点的切线与AS微扰动线的夹角(见图1)；从水力特性方面分析，边墙曲线本身就是一条流线，在其它流线上也可用冲击波简化式进行计算.注意到AS特征线上的水力参数值不变及SO辐射线为流线，对A点、S点应用冲击波简化式即式(11)可知A点的切线与AS特征线的夹角以及SO辐射线与AS特征线的夹角都是sin-1[1/(Frs)]，可见A点的切线与SO辐射线平行，A点的切线与轴线的夹角也是αS.在A点，应用冲击波简化积分式得(12)用比能不变假定该式可化为(13)由式(5)得0≤as≤ao(14)该式为扰动线S0W的方程，反映了RS与αS

4、的关系.式中的RS0和FrS分别由式(4)和式(13)决定.当αS=0时，A点与A0点重合，S点与S0重合，A0S0扰动线也是特征线，应用冲击波简化式即式(11)得该线与轴线的夹角为sin-1[1/(Fr1)].故A0点也是定点.3边墙曲线计算方法直角坐标系见图1，对任一给定的辐射角αS，用式(13)、(14)可以确定S0soNormal>参见图2，假定αS=αi对应的边壁点Ai已求得，其坐标为(XAi,YAi)，给αS一微增量ΔαS,αS=αi+1=αi+Δα对应的边壁点为Ai+1，需要求解该点的坐标(XAi+1,YAi+1).首先对条件1进行简化，在Δα微段内，近似认为αS是常量，且α

5、S=αi+1，这样在微段内条件1可近似表示为图2边墙曲线计算示意(dy)/(dx)=-tanαi+1从Ai点到Ai+1点积分该式得YAi+1=YAi-tanαi+1(XAi+1-XAi)(15)Ai+1点应满足条件2，故：(16)式中、为已知值，取αS=αi+1，由式(13)、(14)算出.联立式(15)、(16)就得Ai+1点的坐标，即(17)这样就可从αS=0对应的A0点向αS=α0对应的soNormal>令(18)规定ΔAN的值，寻求满足误差要求的N值.4水面线的计算方法本文方法可以计算出整个窄缝挑坎内的水流情况，一般情况下对中线和边墙水面线比较关心，在计算边墙曲线的过程中可以计算这

6、两条水面线.按上述方法可以得到辐射角αS=αi+1对应的曲线边墙点坐标，将此αS值代入式(12)就得该点的水深，逐点计算得到边墙水面线；与αS对应的扰动线上点S的水深hS及辐射半径RS用式(12)、(14)计算，辐射水流水深只取决于辐射半径，扰动线上的hS～RS关系就是中线水面线关系.中线水面线还可通过求解式(5)得到，不过该方法不如扰动线方法简单.5算例试确定平底窄缝挑坎的平面轮廓.已知：Fr1=5.5,b1=0.2m,h1=0.071m.由比能不变假定得：H=1.145m.假定α0一值，由式(2)、(3)、(6)及(8)可得h2,Fr2,R2及β2的值，然后用式(10)算出L2之值，表

7、1列出几个α0对应的L2值.可见α0=0.2034时L2值达到极大值.此时h2=0.173m,Fr2=3.35,R2=0.212m,RS0=0.492m,β2=41.8°.图3算例体型A0点的坐标为.soNormal>XsoNormal>α00.10.150.190.20340.210.250.3L2/m1.1661.7542.0842.1092.1031.8581.339表2N值与soNormal>N105010015