消力井、陡槽水力计算

一消力井水力计算管中流量（m3/s）0.12管中流量（m3/s）0.06管径DN(m)0.40管径DN(m)0.20面积(m2)0.13面积(m2)0.03流速(m/s)0.92流速(m/s)1.84消力井深度4.60消力井深度4.76最大水头70.00最大水头270.00安全系数1.30安全系数1.30射流在水中的冲击深度3.32射流在水中的冲击深度3.83水流扩散角4.00水流扩散角4.00孔口至消力井水面的距离0.30孔口至消力井水面的距离0.30流量系数0.62流量系数0.62流速系数0.95流速系数0.95射流在水中的冲击深度(试算值)3.32射流在水中的冲击深度(试算值)3.82射流收缩水深0.10射流收缩水深0.05下段管中心距井水面高0.11下段管中心距井水面高0.45消力井平面尺寸消力井平面尺寸消力井宽0.860.90消力井宽0.740.80消力井长1.801.60消力井长1.601.50井高5.005.00井高4.965.00圆消力井直径1.441.50圆消力井直径1.281.00陡槽水力计算———参考《中小型水库设计》中册一已知条件设计流量(m3/s)Q=60沟槽后接以渐变段,其底坡为0.050沟槽内水深(m)H=1.5渐变段后为陡槽,首末端落差P=12.000沟槽宽度(m)B=16陡槽底坡为i=0.125混凝土衬砌,糙率n=0.017初选陡槽底宽(m)b=8.000初选陡槽边坡系数m=1.000以下进行水面曲线计算:(一)渐变槽计算1渐变槽长度取渐变收缩角θ0=30由公式L=B-b/2tgθ/2(m)求得L=152渐变段的临界坡度ik及首端水深h1单宽流量q=3.75m3/s/m临界水深hk=1.16(m)其相应水力要素为ωk=18.62χk=18.33Rk=1.016Ck=59.0ik=0.0029＜0.050故属陡坡，则渐变段首端水深取为临界水深，h1=hk=1.16(m)3渐变槽末端水深h2由公式Э1+iL=Э2+hf首端断面能量Э1求之如下：Э1=1.746首末两端的落差为il=0.75(m)为求Э2和沿途损失能量hf，先假定h2=1.652(m)末端断面为梯形则ω2=15.945104(m)V2=3.76(m/s)Э2=2.446(m)χ2=12.67(m)计算两断面的平均水力要素如下：ω=17.28C=59.9χ=15.50沿途损失能量hf=0.045(m)R=1.12Э1+iL=2.492(m)V=3.47Э2+hf=2.491(m)因Э1+iL与Э2+hf很相近，说明假设的h2=1.652米是合适的。(二)陡槽计算1求临界坡降由A=0.231查图14-19曲线得f(A)=0.928故hk=1.71其相应水力要素为Bk=11.43Ck=61.4ωk=16.66ik=0.0027χk=12.85陡槽底坡I=0.125＞ik，属于陡坡。水面线为bⅡ型Rk=1.296降水曲线。2陡槽长度Ls=96.75≈97米3陡槽水深及水面曲线的绘制假设h0=0.543则相应的水力要素为：ω0=4.64C0=52.2χ0=9.54Q0=60(m3/s)R0=0.486求出的Q0与实际流量相等，说明假设的h0合适。因陡槽前的渐变槽亦为陡坡，故陡槽首端断面水深hH取为渐变槽末端断面水深，即hH=1.652米。假设陡槽末端断面水深接近于正常水深h，故可求出全陡槽的平均水力要素，即：h=1.10米C=57.8B=10.20米。陡槽段的平均动能变化值j=43.0ω=9.98相应于平均水深的流量模数K=547χ=11.10相应于正常水深的流量模数K0=169R=0.899故水力指数X=3.34假设若干水深，按公式（14-2）计算相应于这些水深的各断面之间的距离L：L=h0/I｛η2-η1-(1-j)〔φ(η2)-φ(η1)〕｝h1(m)h2(m)η1η2φ(η1)φ(η2)iL/h0L(m)∑L(m)1.601.2002.952.210.0350.0700.733.163.161.200.9002.211.660.0700.1432.5110.9114.080.900.7001.661.290.1430.2956.0226.1740.250.700.5851.291.080.2950.61613.2657.6297.86计算结果与陡槽长度L=97米很相近,故陡槽末端水深为0.585米。4陡槽流速及掺气水深水面曲线计算成果表断面水深过水断面积流速掺气高度掺气水深断面距离编号h(m)ω(m2)V(m/s)hB(m)h+hB(m)∑L(m)11.60015.363.910.0631.6630.0021.20011.045.430.0651.2653.1630.9008.017.490.0670.96714.0840.7006.099.850.0690.76940.2550.5855.0211.950.0700.65597.86当陡槽中流速大于允许不冲流速时陡槽应采取以下措施：（1）采用较高的混凝土衬砌；（2）减缓陡槽坡度；（3）当流量较小时，可采用人工加糙的措施。(三)消能计算1求第一共轭水深h、和第二共轭水深h＂取陡槽末端水深为第一共轭水深h、=0.585则ξ、=h、/hk=0.34由公式计算出第二共轭水深h＂=3.78h＂/hk=2.21≤5故适用当h＂＞hb(为下游渠道水深)说明在陡槽末端不会立即产生水跃，需要设置消力池。2消力池深度d的计算下游渠道水深(m)hb=2.00消力池深度(m)d=σh＂-hb=2.163消力池长度Lk的计算因陡槽末端与消力池连接，故可取消力池长度等于水跃长度。水跃长度的计算：对于梯形断面渠床，单宽流量可按渠底及水面的平均宽度计算，即q=Q/b+mh=B1、B2为水跃前后两断面的水面宽度。B1=b+2mh、=9.17B2=b+2mh＂=15.57水跃长度Ln=5h＂(1+4((B2-B1)/B1)^0.5)=82.11米故消力池长度取为Lk=82米