22 水力学下 第十二讲 泄洪消能1.pptx

第1页：内容提要

第12讲第12讲作业

P18715-215-315-5第十五章泄洪消能内容提要内容提要

• 消能形式：底流、面流、挑流

• 水跃与消能

• 出流断面水力要素计算

• 底流消能与水跃形式的判断

• 挖深式消能池的设计求池深S的迭代计算方法难点与以前内容联系：水跃计算、堰流流量计算

第2页：一工程背景一工程背景

一工程背景一工程背景H1H2h2

• 2v01h1v1冲刷12v2

• 天然河流处于一种相对平衡与稳定状态;

• 如果修坝抬高水位，上下游形成落差ΔH，水升至一定程度要按人们意图通过人工水道下泄。

流速大，动能大。

处理不好对下游河床具有破坏作用。

下游河道的特点

1原来河道，流速低而流动分布均匀的正常流动;

2下游分布均匀而流速低的正常流动与上游泄流的高速集中水流发生矛盾

第3页：二消能形式二消能形式

二消能形式二消能形式XN-Fig01.ppt2XN-Fig02.pptXN-Fig03.ppt底流消能面流消能挑流消能

第4页：Fr数与水跃类型

Fr数与水跃类型：下表列出相关数据。

三水跃与消能三水跃与消能1)Fr数与水跃类型Fr=1-1.7UndularjumpFr=1.7-2.5WeakjumpFr=2.5-4.5OscillatingjumpFr=4.5-9.0SteadyjumpFr>

• 0Strongjump

第5页：水跃消能率与类型

水跃与消能水跃与消能0~4.6%1.0~1.7

• 波状水跃

• 6~17.5%1.7~2.5

• 弱水跃17.5~44.5%2.5~4.5

• 摆动水跃44.5~70%4.5~9.0

• 稳定水跃>

70%>

• 强水跃2)水跃的效能率水跃形式Fr1消能率

第6页：底流型消能的水跃衔接

四底流型消能四底流型消能临界水跃远驱水跃淹没水跃tco=hh"tco>hh"tco<hh"自由出流h1htcci>

0coh"

• 只有当为节约投资，必须借用人工办法。

使之形成稍加淹没(淹没度)的临界水跃，消能效率又高又稳定。

cot>h形成远驱水跃，需保护的程度最长，h"hs/H=5%coh"coh"

第7页：共轭水深的确定

四底流型消能四底流型消能共轭水深地确定Jy跃前水深hc′0=hc0gA2gA10+yc1A1=0+yc2A2αQ2αQ2水跃函数跃后水深cocococoh(h′)→h′′=′1+8q/(gh)−11232T0hc0T0htcoh"hcoccJ-h

第8页：出流断面水力要素

四底流型消能四底流型消能已知q,T0,流量系数,求hco1出流断面水力要素T0222coq2gφhT0=hco+0011列0－0至1－1断面能量方程c0c0=h+q2/(2gh2φ2)c0co=h+(1+

• )v2/(2g)h+v2/(2g)+

• v2/(2g)基准面为上游原河床0-0断面能量T=(P+H)=P+H+v2/(2g)0001－1断面能量＋局部损失一个未知数hcoco关于h高次方程φ→流速系数0已知q,如何求H?

第9页：查图求收缩断面水深

查图查图T0/hchchc′ohcohcφ=0.95查图求收缩断面水深和水跃共轭水深附录5

第10页：已知单宽流量求总水头

已知q,H未知，如何求H0?

3q=σsεm2gH02流量系数图14－11PH0P1z0Hhs淹没判断相同

• 淹没系数图14－15

• 侧收缩系数的确定用公式（14－15）

• 侧收缩系数的确定用公式（14－15）

• 流量系数m，以实用堰为例T0hc0T0

第11页：挖深式消能池

四底流型消能四底流型消能2挖深式消能池XN-Fig00.ppt

• 已知q，T0,,求hco02gαv′22g1）基本公式αv02T0T0’22coq2gφ2hT0′=hco+

1+2

• gh3h8q2h→h"=cocov’vhtz0Δzht′zΔLBshco当其池深s，长LB。

cot>h发生远驱水跃修建挖深式消力池，h"

第12页：例15-1 判断下游衔接方式

例15-1 判断下游衔接方式：下表列出相关数据。

例15－1例15－1已知

P=15m,q=15m2/s,ht=5.5m判断下游衔接方式T0v2/2gH02求收缩断面水深hcoT0=P+H0φ=1−0.0155P/H0)2/3qm2gH=(22coq22gφhT0=P+H0=hco+解1根据堰流公式，求堰上水头H0T0m=0.49H0=3.63m0T=15+3.63=18.63mcoh=0.86mhcoPH

第13页：例15-1 求解步骤

例15－1例15－1解hcoT0Pv2/2gHH04求出与相应的共轭水深5判断水跃形式tco>hh"产生远驱水跃3求出临界水深hc,进行流态判定c21/3q/g)=2.93mh=(αhco<hchc<ht收缩断面为急流下游断面为缓流hcococo8q2"

gh3

• =6.88mco

• 1+h→h=

第14页：能量方程动量方程（水跃函数

1）挖深式消能池计算的基本公式1）挖深式消能池计算的基本公式T0′202gαvBL2gαv′2T0shtv′ht′vcohΔz变量:coh'th'sΔzφ'=0.95tcococot′′′′′−1)→h1+8q/(gh)2132=σh(h=σhco→hc′o′22q2T0′=T0+s=hc′o+2gφhht′=ht+Δz+s(15-18)(15-19)(15-20)φ=1−0.0155P/H'22tt2gh'2q2q2−2gφh(15-17)Δz=?

能量方程动量方程（水跃函数）几何关系能量方程&

几何关系

第15页：挖深式消能池基本公式

1）挖深式消能池基本公式

• 关于水头的计算0q=m2g(H)3/2T0=P+H0

• 关于Δz222tt/(2g)+ζv/(2g)Δz+h+v'/(2g)=h+v2'222tt2gh'2qq−Δz=2gφhm=0.49P90P /H>

=3~5列2－2，3－3断面的能量方程ht′=ht+Δz+s(15-20)(15-19)'2'22ttt'tq2q22gh2gφh=h+h−s+'22tq22gφhA=ht+T0′2g20αvL2gαv′20Tstthv′h′vcohΔz2B233注意：ht′与htφ'与φ区别，物理意义

第16页：挖深式消能池基本公式

1）挖深式消能池基本公式tcococot′)→h′′′′1+8q/(gh)−12132h=σh=σh(cohcohco→′′+′22q2T′=T0+s=02gφhtt=Aq22gh'2f(s)=h'−s+'22tq22gφhA=ht+2）迭代（列表）试算求池深s:σ=1.05～1.10f(s)=④-①+⑤＝A?

如此反复迭代试算②T0'=S+T0③coh′④ht'=σhco''⑤tq2/(2gh'2)①设ss0coT'h'th'f(s)T0′2g20αvLB2gαv′2T0stthv′h′vcohΔz(15-17)(15-18)

第17页：挖深式消能池简化计算

2挖深式消能池2挖深式消能池h'=h+Δz+stt简化思路略去3)简化计算适用于中小型工程条件:当q<

25m2/s,T0’<

35m求s可简化为当v<3m/s当v≥3m/scoh"为原来河床情况下算出的数值tcos=1.05h"−hs=h"−hcotT0′202gαvLB2gαv′2T0shtv′ht′vcohΔzΔz

第18页：消能池的池长计算

4)消能池的池长计算强迫水跃长度＜自由水跃长度（小20-30%）对平底自由水跃即lB=(0.7~0.8)lj挑跌流消力池长度lj=6.9a=6.9(h−h)"'lB=l1+(0.7~0.8)ljT0′202gαvLB2gαv′20Tshtv′ht′vcohΔz

第19页：例15-2 挖深式消能池

例15-2 挖深式消能池：下表列出相关数据。

例15－2例15－222coq2′T'=T+s=h'+00co2gφh

• 1+2"'coco

• cotgh'38q2σh'h=σh'22=A=5.92q2=h+2gh'2q2f(s)=h'−s+tttt2gφh已知：Q=15m2/s,P=15m,ht=5.5mφ′=0.95迭代过程A保持不变0T′2g20αvLB2gαv′2T0shtvv′ht′cohΔz链接f(s)=A迭代结束sT'h'0coth'f(s)sf(s)As0T'

第20页：小结 消能形式与水力计算

小结小结1消能形式

底流、面流、挑流22co2收缩断面水深的计算q22gφh+T0=hcoT0hc0T03底流消能与水跃形式的判断临界淹没远驱水跃，远驱水跃需设消能池cocococoh′′′h=h()→′1+8q/(gh)−12132如果H没有明确给出，如何确定H0?

第21页：小结 消能池池深计算

小结小结4挖深式消能池的池深计算公式22''cocoq2T0=T0+s=h+2gφh′

• 1+2"'co

• cotgh'38q2σh'h=σh=tt22gh'2f(s)=h'−s+q=A'22tq22gφh

• A=0T′202gαvLB2gαv′20Tshtvv′ht′hcoΔz5挖深式消能池的设计sT'h'h'0cotf(s)f(s)=A迭代结束1)先假定池深S；

2)求出上游全水头H03)求出收缩断面水深hco及其共轭水深4)几何关系，跃后断面与下游河道断面能量方程组成关系式f(s)=A，使其得到满足

第22页：讨论 堰流水位跌落

讨论

为什么堰流水位在堰顶附近有跌落？

00PCH0HhcoT0′2g20αvLB2gαv′20Tshtvv′ht′cohΔz

第23页：测验

测验测验详细推导公式tt2gh'2q2f(s)=h'−s+'22tq22gφhA=ht+f(s)=A0T′202gαvBL2gαv′2T0shtvv′ht′cohΔz要求：画出示意图，标出主要符号，并说明各符号的意义