23 水力学下 第十三讲 泄洪消能2.pptx

第1页：内容提要

第13讲第13讲第十五章泄洪消能难点堰流的淹没判断墙高的迭代求解方法作业：15-415-6(要求：对于挖深式消力池分别用迭代算法和简化算法进行计算)内容提要

• 挖深式消能池(回顾)

• 墙式消能池水力计算

第2页：挖深式消能池基本公式φ

挖深式消能池基本公式φ=1−0.0155P/HT0′202gαvBL2gαv′2T0shtv′ht′vcohΔzcoco→h′′22q2T0′=T0+s=hco′+2gφhhco′′(−1)→ht1+8q/(ghco)hco2′321ht′=σ′=σ'2'＝Att2ghq2f(s)=h−s+'22tq22gφhA=ht+s0coT'h'th'f(s)φ'=0.95f(s)=A收敛迭代过程

第3页：作业

作业15－2已知13=0.45,φ=0.95Q=480m/s,P=6m,B=60m,mP1cohht求hco03/20→H=2.53mQ=mb2gHT0=P1+H0=8.53m22coq22gφhT0=hco+coh=0.68mc1/32=1.87mh=(αq/g)hco<hc收缩断面为急流hcococo22(1+8F−1)=4.5mh=′

第4页：习题15-5 校核消力池（一

104.599100.5ht1.5101习题15-5已知s=1.5m,b=4.5m,4.54.51.2校核消力池设计能否满足要求解：e/H=2/3.5<

• 65闸孔出流22′coco0coq2T′=h′+→h′=0.1982gφhT′=P+H+v2/(2g)=5.51m00φ=0.9−0.05=0.852)=1.64′3′′′cococo1+8q/(gh)−1/2=h(hht′>σhc′′o(1.73)产生淹没水跃，满足要求'22'ttq2q22gφhht−s+2gh'2=ht+t'h=2.977m'φ=0.95B=10.2m,H=3.5m,Q=17.5m3/s,ht=1.4m0vB(P+H)=Q堰顶无闸门减00.5

第5页：习题15-5 校核消力池（二

习题15-5Q=30m3/s,ht=1.8m4.54.51.2．校核消力池设计能否满足要求解：e/H=2/3.5<

• 65T′=P+H+v2/(2g)=5.51m00φ=0.852132−1)=2.10′′′′cococo/(gh)h=h(1+8qht′>σhc′′o产生淹没水跃，满足要求22=0.344′′+′coco→hq20hcoT′=2gφh'22'ttq2q22gφhht−s+2gh'2=ht+'ht=3.45mφ'=0.95104.599100.5ht1.5101闸孔出流

第6页：习题15-5 简便算法

习题15-5Q=17.5m3/s,ht=1.4m简便算法q=1.716m2/s<

25m2/s0T=5.15m<

35mS=1.05hc′′o−hthc′′o为未挖深时原河床床底为基准面，按总水头T0算得的跃后水深属于中小工程校核下游流速池深00T=H+P+v2/(2g)=3.5+0.5+.0049=4.0049m2123′′cococo/(gh)−1h=h(1+8q)=1.4922coq2T0=hco+→hco=0.232gφh104.599100.5ht1.5101S=1.05hc′′o−ht=0.17m实际挖深

• 5m大于

• 17m,满足要求<3m/sv=q/ht=1.23m/s

第7页：一 墙式消能池

一墙式消能池一墙式消能池H10123能量方程确定收缩水深水跃－确定跃后水深，稍微淹没堰流－校核流量,检验淹没？

2gαv02T0h’t2gαv′2H10Δ

Cht

第8页：墙式消能池的计算过程

一墙式消能池一墙式消能池过程

222coq02gφhT0=hco+12gαv′2h’tH10CH1ht3202gαvT0002Δ

• 求墙高c及池长lB求h”co与ht比较已知T0,q0，

• 若h’’co>

ht，远驱水跃式衔接需修消能池，确定墙式消能池，先按无淹没（堰流）计算墙高C（水跃采用稍微淹没的形式）coh

• co=co

• 1+oco2

• gh3h8q2h"（可查表15-1或用经验公式计算）

第9页：墙式消能池公式汇总

• 1H10αv′22gh’tCH1ht23202gαvT00一墙式消能池一墙式消能池(15-4)(15-17)(15-22)(15-24)四个方程四个未知数:h,h',cotH1,C如何确定H10?

堰流淹没系数＝？

能量方程水跃方程几何关系堰流公式cocohT=h+q/(2g2220co0φh)→2"'−1/2cococot1+8Frh[]0h=σh=σ1tc=h'−HH1=H10−v/(2g)'2

第10页：墙式消能池的墙高计算

一墙式消能池一墙式消能池2/3t2gh'2q2q−02g

• v′22gH1=H10−ChtlBH102g20αvH1th′hco校核墙是否淹没−c≥0.45hs=htH10H10为淹没堰流关键是确定H1求墙高ch’t已知)2/3H10=(q0/(m2g)堰流公式，假定非淹没1"'1cotc=h−H=σh−H

第11页：淹没系数查算

一墙式消能池一墙式消能池σs,可以根据

• 700.650.550.600.50<

=0.45hs/H100.940.960.9750.9850.991.00σs10≥0.45H10=(ht−c)/Hhs/淹没堰流hs/H10=ht−c/H10查P162表15-2确定1+q2/(2gh′2)0tH=H+v′2/(2g)=H101H=h'−c1t02gH3/2sq=mσChtlBH102g20αvH1th′hco

第12页：淹没堰流的迭代判断

若为淹没堰流若为淹没堰流H1cH10hshs/H10qq≠q0q=q0(已知)结束迭代σsΔ

• 1H10αv′22gh’tCH1ht23202gαvT0001101+q2/(2gh′2)0tH=H+v′2/(2g)=Hth=h−cH=h'−c1tP162表15-202gH3/2ssσsq=mσ已知th'

第13页：墙式消力池的计算过程

墙式消力池的计算过程coohcoq→222T0=hco+2gφh1tc=h'−H2t2gh'2qq2gv'2−02g

2/3

• H1−=H102coco"coth'=σh=σh[1+8Fr−1]/2

• Step-1先按不淹没计算（墙上堰流不淹没）th'H1hs=ht−c给定m和σsΔ

• 12gαv′2h’tCH1H10ht2302gαv2T000墙高cH10hsT0hco

• Step-2判断是否为淹没堰流?

=ht−c≥0.45淹没hsH10H10

第14页：墙式消力池的计算过程

墙式消力池的计算过程若为淹没堰流，进行第三步

• Step-3迭代求解墙高H1hshs/H10qq=q0(已知)结束迭代σsΔ

• 12gαv′2h’tCH1H10ht23q≠q002gαv2T0001101+q2/(2gh′2)0tH=H+v′2/(2g)=Hhs=ht−cH=h'−c1tP162表15-2σs02gH3/2sq=mσ已知th'cH10

第15页：例15-3 已知条件

P165例题15-3已知

T0=11.6m,ht=3.5m,q0=8.3m2/s,流速系数

• 95202gαvht1.求收缩断面水深hco和跃后水深h’t—水跃判断(1)直接用公式计算（2）查图表

• 求墙高c=h’t–H1,H1按无淹没堰流考虑

• 检验是否为淹没堰流，若为淹没堰流，重新设计墙高。

迭代过程，以流量为收敛指标

• 求消能池池长求解思路：T0H1CH10ht′lBcoh

第16页：例15-3 收缩断面水深

例15-3 收缩断面水深：下表列出相关数据。

P165例题P165例题求解ht′H12g20αvT0htH1colB0C1求收缩断面水深hcohco→hco22q2T0=hco+2gφhh=(q2/g)1/3=1.92mc0查附录5曲线To/hc=0.31→hco=0.595mhco′/hc=2.38→hco′=4.56或者采用公式"2cocoh"

• coco

• =h1+8Fr−1/2→h2水跃判断>ht(3.5m)hc′′o远驱水跃

第17页：例15-3 求墙高

P165例题P165例题求解ht′H102g20αvT0htH1hcolBC3求墙高c0=h’t–H1H10=(q0/(m2g))2/3=2.71mv′=q0/ht′=8.3/4.79/1.73m/sht′=σhc′′o=4.79mc0=ht′−H1=4.79−2.56=2.23m'2H1=H10−v/(2g)=2.56m墙前水深墙前总水头，按无淹没堰流考虑墙前平均流速

第18页：例15-3 淹没堰流检验

P165例题P165例题求解4检验是否为淹没堰流5若为淹没堰流，重新设计墙高hs=ht−c=1.27m迭代过程，以流量为收敛指标H1H10hshs/H10qq≠q0q=q0(已知)结束迭代σsht′H12g20αvT0htH1hcolB0CH10−c≥0.45淹没H10hs=ht1H=H+v′2/(2g)=H101hs=ht−cH=h'−c1t+q2/(2gh′2)0tP162表15-2σs102gH3/2sq=mσ已知th'结果c=2.23mq=8.3m2/s结果c=2.23mq=8.3m2/sc

第19页：例15-3 求消能池池长

例15-3 求消能池池长：下表列出相关数据。

P165例题P165例题求解6求消能池池长ht′H102g20αvT0htH1hcolBCvco=q/hco=8.3/0.594=13.9m/sFrco=vco/ghco=5.77>4.5lj=6.1hc′′o=27.8mlB=0.75lj=20.85m→21m收缩断面流速收缩断面Frco水跃长度消力池长度

第20页：小结 墙式消能池计算

小结墙式消能池计算小结墙式消能池计算1求收缩断面水深hco2求跃后水深h’t—水跃判断3求墙高c=h’t–H1cocoqT=h+→h2220co2gφh2cococo1+8Fr=h[−1]/2h"H=H−v'2/(2g)11010H=(q/(m2g))2/3Δ

• 1H10αv′22gh’tCH1ht23202gαvT000要求墙前水深tco>h→产生远驱水跃→修消能墙h""'coth=σh按无淹没堰流考虑墙前水头tv′=q/h'

第21页：小结 淹没堰流判别

小结墙式消能池计算小结墙式消能池计算

• 检验是否为淹没堰流5若为淹没堰流，重新设计墙高hs=ht−c−c≥0.45淹没H10H10hs=htH1chsH10hs/H10qq≠q0q=q0(已知)结束迭代σsΔ

• 1H10αv′22gh’tCH1ht23202gαvT000H10hs1101+q2/(2gh′2)0tH=H+v′2/(2g)=Hhs=ht−cH=h'−c1tP162表15-2sσ02gH3/2sq=mσ已知th'

第22页：课堂测验题

课堂测验题课堂测验题学号是单号的同学选作学号是双号的同学选作写出挖深式消力池的池深计算迭代过程，要求：画出简图，标明主要符号写出墙式消力池的墙高计算迭代过程，要求：画出简图，标明主要符号