折坡扩散消力池水跃共轭水深计算方法及水跃长度、消能率分析-论文.pdf

《折坡扩散消力池水跃共轭水深计算方法及水跃长度、消能率分析-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第8期水电能源科学Vo1．32No．82014年8月WaterResourcesandPowerAug．2014文章编号：1000—7709(2014)08—0108—04折坡扩散消力池水跃共轭水深计算方法及水跃长度、消能率分析王冰洁，刘韩生(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100)摘要：为了解折坡扩散消力池的水跃特性及相关参数、判别其消能效果，通过模型试验的方法对折坡扩散消力池水跃进行了研究，提出了共轭水深计算公式，分析了水跃长度、共轭水深比、消能率等相关水力参数及其变化规律。结果表明，在试验条件

2、下，公式计算结果与实测值相比误差较小，精度较高；水跃长度与共轭水深比、佛劳德数均遵循正比例变化规律；水跃消能率与佛劳德数呈正比。关键词：消力池；共轭水深；水跃长度；消能率中图分类号：TV131文献标志码：A2．1整体布置1引言某工程为浇筑式沥青混凝土心墙坝，泄洪消水跃消能是常见的消能方式之一，水跃的跃能建筑物由开敞式溢洪道及导流泄洪冲沙洞(简首、跃尾分别位于消力池的斜坡及消力池平底段称冲沙}同)组成。水工模型按1：40的模型比尺时，称此类消力池为折坡消力池，消力池上游斜坡制作。试验系统包括提水泵、水工模型、三角形薄段为渐扩散

3、体型者称之为折坡扩散消力池，折坡壁堰、稳水池、回水渠道等部分。模型模拟范围包扩散消力池由于具有工程量较小、消能率较高、对括上游库区、心墙坝、溢洪道、冲沙洞、下游消力池地形适应能力较强等诸多优点，被越来越多地应及其护坦段。为了便于观察与量测，坝段、溢洪用于工程实践当中。Ohtsu等口]通过试验研究了道、冲沙洞及相应的消力池采用有机玻璃制作，其坡角为o～60。时水跃的位置变化，并分析得出了他部分均为混凝土结构。斜坡水跃及折坡水跃的共轭水深及水跃长度的经2．2模型设计验公式；吴宇峰等_2考虑边墙扩散角的影响，结合冲沙洞全长703．

4、14m，其下游设置折坡扩散动量方程和连续方程，推导出渐扩散水跃长度的消力池，见图1。折坡消力池上游扩散段长31．84m，半理论、半经验公式；赵顺勇等=3]从动量守恒原理底宽6．03~10．O0m，坡角为8．88。，坡比为0．156，出发推导了顺坡渐扩矩形明渠水跃方程，并推导扩散角为3．80。，采用矩形断面。消力池段长了水跃长度近似计算公式。这些研究均基于原型40．00m，宽10．00m，底板高程3260．00m，池观测或模型试验等手段对斜坡水跃、折坡水跃或深3．00m。消力池中心线与冲沙洞中心线一致。扩散水跃的消能机理与紊动

5、结构进行研究，而对于折坡扩散消力池中发生的折坡扩散水跃的水力特性则研究较少[4]。鉴此，本文以某水利工程(a)消力池剖面图为原型进行模型试验，通过对比已有的共轭水深计算方法探究了折坡扩散消力池水跃过程，提出共轭水深计算公式，并系统分析消力池内水跃的其他相关水力参数。图1折坡扩散消力池(单位：m)Fig．1Stillingbasinwithupstreamexpansiveslope2试验简介2．3试验工况收稿日期：2013-11—28，修回日期：2014—01—15作者简介：王冰洁(1988一)，女，硕士研究生，研究方向为水

6、力学与水工建筑物，E-mail：wangbingjie2013@nwsuaf．edu．cn通讯作者：刘韩生(1962一)，男，博士、教授，研究方向为水力学与水工建筑物等，E—mail：hanshengliu@126．com第32卷第8期王冰洁等：折坡扩散消力池水跃共轭水深计算方法及水跃长度、消能率分析·109．在扩散段及消力池段分别设置6个不同流量式中，Le为折坡水跃的水平投影长度；h为临界的工况，每个工况下均记录水跃长度、跃前水深、斜坡水跃跃后水深。跃后水深及相应的流速，各工况流量数值见表1。假定系数K一1，水跃为斜坡临界

7、水跃(图2表1各工况流量设置(a))，计算出Le，而折坡水跃斜坡段长度L。为已Tab。1Flowofeachworkingconditions知条件，即可查得K的经验值，重新计算即可得工况123456折坡扩散水跃跃后水深h(图2(b))。以工况1Q／(rrl。·s)220．9214．5210．0152．9111．061．0为例，具体计算过程如下。2．4测定方法———一_一流量测定采用直角三角形薄壁堰，计算公式为：三／Q：1．343H。(1)0^：—．式中，Q为流量；H为水深。水深测定采用精度为±0。1mm的可移动式(a)临界

8、斜坡水跃水位测针，用于量测跃前、跃后及下游量水堰水深。流速的测定选用南京水科所研制的LS20B旋桨流速仪，流速仪量测范围为0．O5～2．5Om／s，相对误差为±5，满足试验要求。L一——圭——试验中，跃前、跃后断面的选取为表面旋滚的(b)折坡水跃起始断面和终止断面，跃前、跃后断面间的水平距