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1、第1期(总第163期)山西水利科技No.1(TotalN0.163)2007年2月SHANXIHYDROTECHNICSFeb.20071006-8139(2007)01-56-02设计综合式消力池的简便计算辛孝明(吕梁市建设局,吕梁033000)摘要:水流经过水闸、溢流坝等水工建筑物,下游消能有时需要采用综合式消力池方案,笔者在研究单纯确定池深和坎高的基础上,导出计算综合式消力池的迭代公式,使得计算方便,而且精度能够保证。关键词:综合式消力池;简便计算;迭代中图分类号:TV131文献标识码:B一般的水闸、中小型溢流坝或地质条件较差的各类泄水m$2g2/3[1]M=(
2、)(N-t),建筑物,多采用底流式消能,这在我国已得到广泛应用。这种q消能通常包括单纯挖池、单纯建坎以及综合式消力池三种形一般M值是符合条件0.076≤M≤0.5的,若不符合,只式。其中,采用综合式消力池有不少优点。既解决了单纯降低不过是选取的迭代式不同而已。护坦高程后挖方量大、施工困难等问题,又解决了单纯建造5)用迭代法求淹没系数!s消能坎,因坎太高引起坎后不良的水力条件等问题。但是,综根据M值的取值范围按表1选择迭代公式[1]。合式消力池水力计算是比较麻烦的。为此,笔者在研究单纯表1迭代公式及其适用条件挖池和单纯建坎两种消能形式的基础上,导出了新的迭代公M迭代公式
3、适用条件式,使得计算简便迅速,而且精度很高。0.5≤M≤0.55!2/3s(i+1)=0.89+0.2M!si0.99≤!s≤1.01计算公式及步骤!s(i+1)=0.991-(1.031-0.076≤M≤0.500.535≤!s≤0.99先拟定池深、再求坎高。0.84M!2/32si-0.588!si)1)拟定池深S6)求坎高C由于池深S具有多值性,拟定值比较灵活,所以一般可C=N-q)2/3。参照建池前跃后总水头与下游水深的差值拟定,即拟定池深(!sm$2gq2S适当小于!h″c0+2-t的值。2g(!h″c0)3计算实例式中:!──保证池内水跃稍有淹没的安全系数
4、,取1.05;有一单孔溢流坝如图1所示,流速系数"=0.95,侧收缩h″c0──建坎前或挖池前的跃后水深,m;3系数ε=0.98,流量系数m=0.49,堰宽与护坦宽度相等。已知q──过堰或闸的单宽流量,m/(s·m);q=10m3/2(s·m),P=12m,t=3.4m。试判别水流衔接形式,若g──重力加速度,9.8m/s;需要,设计一综合式消力池。t──下游水深,m。3.1判别下游水流衔接形式,确定是否需要修建消力池2)计算参数Nq2N=!hc2+2-S,2g(!hc2)式中:hc2━━挖池后的跃后水深,m。3)判别流态利用m(N-t)1.5<0.092判别流态[1
5、]。q如果m(N-t)1.5<0.092,水流属于淹没出流,方可进行下q一步计算,如果m(N-t)1.5≥0.092,水流属于自由出流,需重q新拟定池深S,直至符合淹没出流条件为止。4)计算参数M·56·第1期(总第163期)No.1(TotalN0.163)辛孝明:设计综合式消力池的简便计算2007年2月Feb.2007q3q23102堰顶总水头H=)2/301(=2.81m。临界水深hk===2.17m,!m!2g!g!9.8上游总水头E0=P+H01=12+2.81=14.81m。根据%=E0=16.02=7.38及#=0.95,查《水力计算手0h2.172k6
6、.75q参数"=arccos(1-g#2E3)=12.44°。册》图4-2-8得:0E0""hc=0.28,h″c=2.53。收缩断面水深hC0=3(1+!3sin3-cos3)=0.63m。hkhkh8q2于是求得收缩断面水深hc=0.61m,共轭水深h″c=5.49m。C0共轭水深h″C0=(1+3-1)=5.39m。2!ghC0(3)求函数(fs)值因h″C0大于下游水深t=3.4m,为远离式水跃衔接,应作q2取$=1.05,于是f(s)=$h″c-S+2=1.05×5.49-消能工,拟用综合式消力池。2g($h″C)1023.2求消力池坎高与池深1.21+2×
7、9.8×(1.05×5.49)2=4.71m。1)用迭代法先拟定池深、再求坎高(4)求淹没系数$s(1)拟定池深S假设坎高C=1.6m,q2因为$h″C0+2-t=1.05×5.39+坎顶总水头h01=(fs)-C=4.71-1.6=3.11m,淹没水深hs=2g($h″C0)102h1.8s2-3.4=2.42m。t-C=3.4-1.6=1.8m。==0.579,查消力坎淹没系数表2×9.8×(1.05×5.39)h013.11所以,初步拟定池深S=0.5×2.42=1.21m(选取S=0.55×9-2(.详见水利电力出版社中等专业学校教材《水力学
