有压隧洞的水力计算(自编)

一、有压隧洞的水力计算1、沿程水头损失：hf=Lv²/(C²R)=λLv²/(d2g)=Ln²Q²/(F²R^4/3)R=A/χi上游调压室的设置条件λ=8g/C²C=R^(1/6)/n2、局部水头损失：hj=ζv²/(2g)3、有压隧洞的基本计算公式：①自由出流：Q=μω√(2g(T0-hp))式中，Tw—压力水道中水流惯性时间常数，s；hp=0.5a+p′/γLi—压力水道及蜗壳和压力尾水道各分段长度，m；②淹没出流：Q=μω√(2g(T0-hs))vi—压力水道内各分段流速，m/s；Hp—水轮机设计水头，m；4、①自由出流：μ=1/(1+∑ζj*(ω/ωj)^2+∑2gli*(ω/ωi)^2/(Ci²*Ri))^0.5；[Tw]—Tw的允许值，一般取2~4s②淹没出流：μ=1/((ω/ω2)^2+∑ζj*(ω/ωj)^2+∑2gli*(ω/ωi)^2/(Ci²*Ri))^0.5,式中：ω2—隧洞出口下游渠道断面面积ω—隧洞出口断面面积ζj—几部水头损失系数ωj—与ζj相应流速之断面面积Li、ωi、Ri、Ci—某均匀洞段之长度、面积、水力半径、谢才系数压力钢管经济直径D=1.128(Q/ve)^0.5=或压力钢管经济直径D=(5.2*Qmax^3/H)^(1/7)=一、隧洞水头损失计算：高宽进水口3.83.814.440.1进口闸门段3.83.814.440.1进口渐变段3.83.813.3750.05洞身段15.35440.02155408810014.33洞身段12.310.014458312.76出口渐变段3310.6550.213.8503.440.00500786623.8508.870.01291272433.85028.690.04176618543.850240.034938653.850500.0727887563.8500073.85000高宽拦污栅5.55.831.90.960377636362.42二、压力管道水头损失计算：高宽渐变段3315.461850.1主管段2.12.13.461850.012372.29.734位置断面尺寸A(m2)ξiniLiχi缓弯段A(m2)ξis(cm)b(cm)βξiθ缓弯段DR断面尺寸位置断面尺寸A(m2)ξiχiLiniwwTT＞iwipLvTgH蝶阀段2.12.13.461850.2岔管段2.12.13.461850.5支管段1.41.41.53860.012355.96612.150.940.00145006522.1529.710.04583129632.1570.01079835342.15230.035480303二、阻抗式调压室水力计算（一）、托马断面计算：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(α+1/(2g))*(H0-hw0-3*hwm))式中：Ath—托马临界稳定断面面积L—压力引水道长度A1—压力引水道断面面积H0—发电最小静水头（电站上下游水位差）α—自水库至调压室水头损失系数，α=hw0/v²，（包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失），在无连接管时用α代替（α+1/（2g））v—压力引水道流速hw0—压力引水道水头损失hwm—压力管道水头损失K—系数，一般可采用1.0~1.113.991367511.112.7194251320012.3120025.575（二）、最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(α+1/(2g))*(H0-hw0-3*hwm))1、阻抗孔水头损失计算：hc=（Q/(Ψs)^2)/(2g)式中：hc—通过阻抗孔的水头损失S—阻抗孔断面面积ψ—阻抗孔流量系数，可由试验得出，初步计算时可在0.6~0.8之间选用0.84313.140.619.622、丢弃全负荷时的最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）：λ′=2gA(hc0+hw0）/(LA1v0²)式中：hc0—全部流量通过阻抗孔的水头损失0.030.030.8425.5763.617250212.316.34172319⑴当λ′hc0＜1时按下式计算：(1+λ′Zmax)-ln(1+λ′Zmax)=(1+λ′hw0)-ln(1-λ′hc0)X1.900172目标值1.885478Zmax58⑵当λ′hc0＞1时按下式计算：(λ′|Zmax-1|)＋ln(λ′|Zmax|－1)=ln(λ′hc0-1)-(λ′hw0+1)XK稳定断面AAthLA1hcQSψ2gH0hw0hwm缓弯段DRθξiv0²λ′hc0hw0AA1λ′hc0目标值Zmax3、丢弃全负荷时的最高涌波计算（《水电站》计算公式）：1.42653.8249113.0412.316.341723193132009.814.3325.571.420.54、增加负荷时的最低涌波计算：1+(((0.5ε-0.275m′^0.5)^0.5)+0.1/ε-0.9)×(1-m′)(1-m′/(0.65ε^0.62))m′=Q/Q0ε=LA1v0²/(gAhw0²)1.42653.8249113.0412.316.341723193132009.81Zminhw0εm′εhw0²AA1v0²LgZminhw0εm′Lghw0²AA1v0²εmaxmax001(1)(1)1(1)(1)LnXXLnXX4.3325.571.420.53、甩负荷时的第二振幅Z2的计算：；m′=Q/Q0ε=LA1v0²/(gAhw0²)maxmax221(1)(1)1(1)(1)LnXXLnXX22ZXS上游调压室的设置条件式中，Tw—压力水道中水流惯性时间常数，s；Li—压力水道及蜗壳和压力尾水道各分段长度，m；vi—压力水道内各分段流速，m/s；Hp—水轮机设计水头，m；[Tw]—Tw的允许值，一般取2~4s式中：ve—经济流速，明钢管和地下埋管为4~6m∕s；压力钢管经济直径D=1.128(Q/ve)^0.5=3.140219≈3.1钢筋砼管为2~4m/s；坝内埋管为3~7m/s或压力钢管经济直径D=(5.2*Qmax^3/H)^(1/7)=3.434174≈3.4Qmax—管道的最大流量H—设计水头19.622.14681444.608812090.0234903819.622.14681444.608812090.0234903819.622.317757015.371997550.013690111.0714863946.93191112202.604282.018965254.0762206713.99005970.9647335471.0024275041.344642.518277826.341723195.975900719.622.909432198.464795680.0862874220.213257419.622.518277826.341723190.0016186819.622.518277826.341723190.0041737519.622.518277826.341723190.0134999819.622.518277826.341723190.0112931219.622.518277826.341723190.0235273219.622.518277826.34172319019.622.518277826.3417231909019.620.971786830.944369650.0462258719.620.795506360.632830370.003225440.3556451670.14363014920.128853.5530135612.62390542.6852005hw0hwm2gvv²hmhfv²hmvhmv²v2ghmhf2gRiCiCi²αv²CiCi²2gRivwwTT＞iwipLvTgH19.623.5530135612.62390540.1286840519.623.5530135612.62390540.321710130.2578947466.48533084420.2992119.624.2246197817.84741230.547960383.7469788919.623.5530135612.62390540.00093319.623.5530135612.62390540.0294887819.623.5530135612.62390540.0069478819.623.5530135612.62390540.02282875二、阻抗式调压室水力计算α—自水库至调压室水头损失系数，α=hw0/v²，（包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失），在无连接管时用α代替（α+1/（2g））4.0331230319.62（二）、最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(α+1/(2g))*(H0-hw0-3*hwm))141216441239319.622gvv²hmα2gL2g；；;;0.515.53116184、增加负荷时的最低涌波计算：1+(((0.5ε-0.275m′^0.5)^0.5)+0.1/ε-0.9)×(1-m′)(1-m′/(0.65ε^0.62))0.515.531Q0m′Qm′QQ0maxmax001(1)(1)1(1)(1)LnXXLnXX20w0fv2ghLSF0w0=hXmmZXS0.6~0.822ZXS式中：ve—经济流速，明钢管和地下埋管为4~6m∕s；钢筋砼管为2~4m/s；坝内埋管为3~7m/s水锤计算一.水锤计算的起始和边界条件(一)起始条件水电站发生水锤现象时，管道中水流有稳定工况的恒定流变为不稳定工况的非恒定流，因此恒定流的终了时刻即为非恒定流的开始时刻。于是起始条件为：当t=0时，管道中任何断面的流速为稳定运行时的流速，且没有水锤压力，如果不计水头损失，则起始条件可表达为：（二）边界条件1.管道进水口管道进口一般指水库或压力前池。由于水库面积大，水位变化比较慢，在水锤计算中不计风浪的影响，认为水库水位不变的常数是足够精确的。压力前池的变化情况与渠道的调节类型有关。在水锤计算中也可认为前池水位不变。因此，管道进口边界为2.封闭端若某一机组尚未装机，端部用闷头封死，称为封闭端，又称闷头，其边界条件相当于导叶完全关闭的机组或阀门3.分叉管分岔断面属于各岔管的共同断面，应保持压力相等，即分岔处的流量应符合连续条件，即4.调压室调压室可认为是断面较大的分叉管，其边界条件为：调压室内有自由水面，因而隧洞、调压室与压力管道的交点处压力相同，同为调压室的静水压力，即式中，下标s、y、t分别表示隧洞Ⅰ、压力管道Ⅱ和调压室，下同。同时满足连续条件5.水轮机1）冲击式水轮机冲击式水轮机的最大引用流量式中，—喷嘴全开时断面面积—喷嘴流量系数—水头发生水锤后某一时刻，喷嘴断面面积为时，阀门处产生水锤压力，水头变为，流量系数变为，则引用流量为式（9）和式（10）相除，得引入：相对开度；相对水锤压力；压力管道相对流量和相对流速（为压力管道面积）。忽略不同开度时流量系数的微小差值，即，则有当时，式（12）可改写为2）反击式水轮机0vv0HH0pHH0pQ123ppppnHHHH0QpspyptHHHpspyptQQQmax0max02QgHmax00HH0HH02()QgHH0max0max02()2gHHQQgHmax0maxmaxQFvqQFv1q121(1)2q1(1)2q为了简化计算，常假定压力管道出口边界条件为冲击式水轮机，求得水锤压力的近似值。水电站发生水锤现象时，管道中水流有稳定工况的恒定流变为不稳定工况的非恒定流，因此恒定流的终了时刻即为非恒定