[教育]有壓隧洞水力計(jì)算實(shí)例

1、§4 有壓隧洞水力計(jì)算實(shí)例,一、資料及任務(wù) 某水庫的有壓泄洪隧洞，由進(jìn)口喇叭段、進(jìn)口閘門段、進(jìn)口漸變段、洞身段、出口漸變段、出口閘門段、擴(kuò)散段和消力池段所組成，如圖4-1所示。 初步擬定隧洞各部分尺寸如下： 隧洞進(jìn)口為兩個(gè)高7.58米、寬3.8米的矩形斷面，進(jìn)口斷面與水平面的夾角;進(jìn)口處設(shè)有攔污柵，柵條橫斷面為矩形 （寬度 ｂ=1厘米， 高度ｌ=5厘米），柵條間凈距ｓ=5厘米；,進(jìn)口閘門段的斷

2、面為兩個(gè)高2.8米，寬 1.75米的矩形斷面，該段并設(shè)有檢修隧洞的平面閘門；洞身段斷面直徑ｄ=3.5米的圓形斷面，該段底坡i1=0.00417；進(jìn)口閘門段與洞身段之間用進(jìn)口漸變段連接；出口閘門段的斷面為兩個(gè)邊長(zhǎng)1.75米的正方形斷面，并設(shè)有控制隧洞流量的平面閘門；洞身段與出口閘門段之間用出口漸變段連接；擴(kuò)散段的斷面為矩形，底寬由4.7米增至12.7米，,前段為8米水平段，后段為底坡i2=0.2的斜坡段；消力池?cái)嗝鏋榫匦?，底寬?2

3、.7米；各段長(zhǎng)度及高程見圖4-1。隧洞洞身用鋼筋混凝土襯砌，糙率ｎ=0.014。水庫設(shè)計(jì)洪水位為124.48米，相應(yīng)的隧洞設(shè)計(jì)流量Q=108米3/秒，相應(yīng)于設(shè)計(jì)流量的下游水位為94.47米。,當(dāng)隧洞閘門全開，要求：1.核算庫水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，隧洞能否通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量；2.繪制庫水位與隧洞流量關(guān)系曲線；3.當(dāng)隧洞通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，繪制隧洞的總水頭線和測(cè)管水頭線；4.按設(shè)計(jì)流量進(jìn)行隧洞出口的消能計(jì)算。,隧洞水頭H=水庫設(shè)計(jì)洪水位－

4、出口洞頂高程 =124.48 －（95.54+1.75）=27.19米,,,二、核算庫水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，隧洞能否通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量,因下游水位為94.47米，低于隧洞出口底部高程95.54米，隧洞水流為自由水流。,有壓隧洞自由出流的流量按下式計(jì)算：,Q=μcω（2gH0）1/2,因隧洞上游為水庫，故v0≈0，則隧洞總水頭 H0≈H=27.19米,因隧洞上游為水庫，則

5、隧洞總水頭H0≈H＝27.19；隧洞流量系數(shù)按下式計(jì)算：,因,則,取 。于是得,,,ω為管道出口斷面面積;,ωi、λi、ξi、di、li分別為任意管道的斷面面積、沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)、管徑、管長(zhǎng)。,,,1.攔污柵：柵條橫斷面為矩形，寬度b=1厘米，高度l=5厘米，又柵條間凈距s=5厘米，則 按 及 值4.1由

6、表查得攔污柵傾角 時(shí)的局部阻力系數(shù) 。因本隧洞攔污柵傾角 ，其局部阻力系數(shù),,,,,,,,,先確定隧洞各局部阻力系數(shù)：,ζ=ζ90°sinα=0.364×sin67°23′,=0.336,2.進(jìn)口：進(jìn)口為喇叭形，由表4.1查得3.進(jìn)口閘門槽：對(duì)于平面閘門門槽，由表4.1取4.進(jìn)口漸變段：進(jìn)口漸變段斷面由矩形變

7、為圓形，其局部阻力系數(shù)尚無法確定，先參數(shù)其它同類工程的試驗(yàn)資料，取,由表 4-2得　　　Σ 0.00384(li/R3/4)(ω/ωi)2=0.5006 Σζi (ω/ωi)2 =0.2387,,,,,,5.出口漸變段：出口漸變段斷面由圓形變?yōu)榫匦?，其局部阻力系?shù)亦參考同類工程的試驗(yàn)資料，取,6.出口閘門槽：出口閘門槽亦為平面閘門槽， 。隧洞各段的 0.00384(li/R3/4)(ω/

8、ωi)2 及ζi (ω/ωi)2 值的計(jì)算成果列于表4-2。,可見圖4-1擬定的隧洞尺寸可以滿足通過設(shè)計(jì)流量的要求。,,,,,,,,則隧洞流量,則保證隧洞為有壓流的最低庫水位為 1.5d＋進(jìn)口洞底高程=5.25＋96.0=101.25米,三、繪制庫水位與隧洞流量關(guān)系曲線,保證隧洞為有壓流的最小洞前水深為 1.5d=1.5×3.5=5.25米,或 Scr=cv(d)1/2

9、c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(0.55-0.73),取c=0.55;v為閘門斷面的水流流速;d為閘門空口高度,d=2.8米。則 Scr=0.55×108/(2×2.8×1.75)×(2.8)1/2=10.14(米),有壓隧洞的流量按下式計(jì)算：( ),,,在庫水位為101.25米以上設(shè)一系列庫水位，計(jì)算一系列相應(yīng)的流量Q，計(jì)算成果列于表4-3的數(shù)據(jù)繪制庫水位與隧洞關(guān)

10、系曲線于圖4-2。,,,,,,,,,四、繪制通過設(shè)計(jì)流量時(shí)的隧洞總水頭線和測(cè)管水頭線 按隧洞通過設(shè)計(jì)流量計(jì)算各段的流速水頭和水頭損失，其中沿程總水頭損失 局部水頭損失 計(jì)算成果列于表4-4.按下式核算計(jì)算成果：,,,,,計(jì)算的H與通過設(shè)計(jì)流量時(shí)的水頭H=27.19米甚為接近，說明計(jì)算成果正確。按表17.15的數(shù)據(jù)繪出隧洞總水頭線與測(cè)管水頭線于圖17.11.五、按設(shè)計(jì)流量進(jìn)行隧洞出口消能計(jì)算

11、 隧洞按下列數(shù)據(jù)進(jìn)行消能計(jì)算：流量 下游水位為94.47米；隧洞出口斷面水深；隧洞出口斷面流速水頭 ；隧洞出口底部高程為95.54米；下游河底高程為90.87米。,,,（一）判別下游水躍形式 隧洞出口斷面總水頭 擴(kuò)散段末端單寬流量 臨界水深,,,,,,近似按實(shí)用堰上閘孔出流的情況由表10.1查得斜坡擴(kuò)散段的流速系數(shù) 。按

12、 及 值由附錄圖解Ⅵ查得 ，則 下游水深 因 ，下游發(fā)生遠(yuǎn)離水躍，應(yīng)做消能工?，F(xiàn)擬做消力池。 （二）求消力池深度,,,,,,,,,,按 ， 及 值由附錄圖解Ⅵ查得 ，則池深采用 。（三）求消力池長(zhǎng)度 按 及 值由附錄圖解Ⅵ查得