宽尾墩—消力池的简化计算方法.doc

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1、宽尾墩—消力池的简化计算方法摘要：本文对含有分流的水跃方程的特性进行了讨论，提出了宽尾墩—消力池等效分流比的概念，利用安康等几个工程的试验资料给出了等效分流比和E0/hk及B/B0的关系，讨论了宽尾墩—消力池优于平尾墩消力池的条件，并用算例表明了用等效分流比估算宽尾墩—消力池的跃后水深或选择宽尾墩的收缩比是非常方便的。关键词：宽尾墩消力池等效分流比　宽尾墩是中国人的创造.虽然第一个宽尾墩用于潘家口水利枢纽的挑流消能[1]，但嗣后得到很快推广的却是宽尾墩—消力池(或消力戽)型的消能，如安康、岩滩、五强溪、隔河岩等工程[2-5]。因此已进行

2、过不少宽尾墩—消力池的水工模型试验，积累了许多有用的试验资料。也有少数文献，对宽尾墩—消力池的水力计算方法进行过讨论[2、3、6]，但这些文献的基本思路都是一样的，即在建立水跃方程的控制水体上，施加反弧等对水体的作用力。但是，影响这些作用力的因素很多，因此给出这些力的较好的经验表达式是很困难的.文献[6]对六个工程试验中127个反弧段上压力点的实测资料统计分析后，给出了反弧段上压强的经验表达式，但在有些条件下，计算的压强值对hk的变化非常敏感，hk变动3%，反弧末端压强的值可以有很大的差别。本文的立足点和以往的文献不同，提出了宽尾墩—消

3、力池等效分流比的概念，通过对安康等四个工程试验资料的分析，给出了等效分流比和E0/hk及B'/B0的经验关系式。利用等效分流比计算宽尾墩—消力池的跃后水深或选择宽尾墩的收缩比B'/B0是非常方便的。1.有分流时的水跃方程及方程的特性　　如图1所示，底流单宽入池流量为q1、相应的流速和水深为V1及h1，斜射水流的单宽入池流速和流量为V2及q1、它与水平线的夹角为β，跃后单宽流量为q3、相应的流速与水深为V3及h3。对Ⅰ-Ⅰ与Ⅱ-Ⅱ断面间的控制体写出流量平衡与水平向的动量平衡方程，则有q1+q2=q3}49(1)图1有分流时的水跃简图ρq1

4、V1+ρq2V2cosβ+1/2ρgh12=ρq3V3+1/2ρgh32ρ为水的密度，令：q1=αq3,q2=(1-α)q3(2)把式(2)代入式(1)的第二式并除h21，则得(3)如想象全部流量q3都以底流形式入池，即无分流，且近似认为流速仍为V1，则想象的水深h1p和h1之间的关系近似为：49h1≌αh1p(4)令Fr1为无分流时的跃前水流弗洛特数，其值是(5)把式(5)代入式(3)，且令q2=V2h2,η=h3/h1(6)则式(3)可写成：(7)再令49(8)把式(8)代入式(7)，整理后得(9)式(9)就是确定η值的控制方程

5、。η值决定于分流比α、参数Fr1和k值，而k值除和α有关外，还和β等有关。在转入研究宽尾墩消力池的等效分流比之前，先说明一下方程(9)的解的特性。(1)α=1时k=1，表示无分流，方程(9)退化为通常的水跃方程，相应的跃后水深h3p为(10)(2)对不同的Fr1、α和k值，比值h3/hh3p给于表1。Fr1是与分流情况无关的可以确定的量，假如分流状态比较清楚，那么根据α49与k值由表1立即可得h3/h3p值；另一种情况是根据工程情况，规定了对h3/h3p的要求，则由表1可以选择适宜的分流情况。表1h3/h3*(Fr1,α,k)αkFr1

6、2345678910490.91.10.8300.9010.9180.9250.9290.9320.9340.9350.9361.20.9440.970490.9770.9800.9810.9820.9830.9830.9841.31.0291.0311.0311.0301.0291.029491.0291.0291.0290.81.2/0.7850.8100.8300.8410.8470.8520.8550.858491.3/0.8340.8660.8800.8870.8920.8950.8980.8991.40.7980.8970.

7、917490.9260.9310.9340.9360.9380.9391.50.9020.9530.9650.9700.9720.9740.9750.976490.9760.71.4//0.7180.7550.7730.7840.7910.7960.8001.5/490.6930.7730.7990.8130.8220.8280.8320.8351.6/0.7680.8200.8400.851490.8580.8620.8660.8681.7/0.8260.8630.8780.8870.8920.8950.8980.900490.61.

8、6///0.6270.6650.6850.6980.7070.7141.7//490.5990.6740.7030.7200.7300.7380.7441.8//0.6620.7140.7380.7510.