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无坎宽顶堰堰流流量系数的探讨

时间:2019-08-06 22:51  来源:未知  阅读次数: 复制分享 我要评论

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  无坎宽顶堰堰流流量系数的切磋_数学_天然科学_专业材料。第2 3卷第 3 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2 0 0 3年 6月 无坎宽顶堰堰流流量 系数的切磋 田 间, 李贵清, 季 安 ( 山 东 省水 利勘 测 设 计 院

  第2 3卷第 3 期 水 利 水 电 科 技 进 展 2 0 0 3年 6月 无坎宽顶堰堰流流量 系数的切磋 田 间, 李贵清, 季 安 ( 山 东 省水 利勘 测 设 计 院 , 山东 济南 2 5 0 0 1 3 ) 摘要 : 为便利 而又精 确地确定无坎 宽顶堰 的堰流 流量 系数 , 通过 比力 、 阐发 几例 已建 工程水 工模 型试 验数据 , 指 出在进行 水 闸泄流 能力计 算或确 定水 闸规模 时 , 采用 S L 2 6 5 —2 0 0 1 《 水 闸设 计规 范》 中的计 算公 式 , 应 合理确定堰流流量 系数 的适 宜取值 范畴 . 提 出在 自在出流 前提 下 , 按 常规设 计 的闸墩 布局 和 闸室上下流毗连段 为矩形 断面的无坎宽顶堰 , 堰流流量 系数 m在 0 . 3 6— 0 . 3 7 5之 间取值更 为适 宜. 关 键词 : 水 闸设 计 ; 无 坎 宽顶堰 ; 水工模 型试验 ; 堰 流 流 量 系数 中图分 类号 : T v 6 6 文献标 识 码 : A 文章 编号 : 1 0 0 6 - 7 6 4 7 ( 2 0 0 3 ) 0 3 — 0 0 3 4 — 0 2 丧失时 的堰流 流量 系数 最 大值 . 根 据 水力 学 中临界 水深 的定义 , 可 以推导 出这个 结论 . 假 定 水 面 线 降 落 后 的水 深 h 。 为临界水深 h ; 。 , 在 水 闸设 计 中 , 无坎( 平底) 宽 顶 堰是 极 为 常 见 的一 种布局 形式 , 过 闸水 流受 闸墩侧 向收缩 的影 响 , 使过 水断 面减小 , 流 速增 大 , 部 分 势 能转 化 为 动 能 , 惹起过 闸水 面的 下降 , 堰 顶 范 围 内产 生 一 段流 线 近 似平 行堰顶 的渐变 水 流—— 无 坎 宽顶 堰 流 . 现 行 国 A分 别 为 水 深 h 。 处 的 流速 和 过 水 断 面 面 积 ; 压 ., 2 家行 业标 准 S L 2 6 5 -2 0 0 1 《 水 闸设 计 规 范 》 中给 出了 平底 闸过 闸堰流 流量 的计 算公 式 : Q =a e m b ( 1 ) 式 中: Q为 堰流流 量 , m 3 / s ; d为 堰流 淹 没 系数 ; e为 强按静 水压力 分布 , 可 以证 明 : H=h 。 + , 由此 推 ‘g 出 。 = 闸堰 流流 量为 = _ 7 , 临 界 水 深h = h 。 = 詈日 ; 则过 r——— —— ——— — 堰 流侧 收缩系数 ; m 为堰流 流量 系数 ; b为 闸孔 总净 宽, m; g为重 力加 速度 ; H 为 计人 行 近流 速 水 头 的 上 游能 头 , m. 式( 1 ) 中, 口 , e可 由孔 径 、 堰型、 墩型、 上 下流水 位 关 系 等 按 有 关 经 验 公 式 或 相 关 图表 得 出, 规范 中划定 堰流 流量系 数 m可 取 0 . 3 8 5 , 此值 为 进 口局部 能量损 失 为零 时 的堰 流流 量 系数 值 , 即最 大值 . 在实 际工 程 中 , 根 据经 验 堰 流 流 量 系数 m 难 以达 到 0 . 3 8 5 , 流量 系数 m 取值 的大 小 直 接 影 响工 程规模 的大小 和工 程 运转 的效 果 , 进 而影 响 工 程 的 Q = c A = 6 ? 号 日 √ 2 g 【 H 一 号 日 ) : 0 . 3 8 5 b 日 ( 2 ) 式( 2 ) 与式 ( 1 ) 对 比, 式( 1 ) 中不考 虑堰 流淹 没 系 数 ( 按 自在 出流 ) 及 堰 流侧 收 缩 系数 e的影 响 , 经 拾掇 后 即为式 ( 2 ) . 由此可 以看 出 , 式( 1 ) 中规 定 m = 0 . 3 8 5不 太 合 理, 实 际上 当无 坎宽 顶 堰 过 闸水 流为 自在出流 时 ( =1 . 0 ) , 水 流 侧 向收 缩 的影 响是存 在 的 , 并且 式 ( 1 ) 中也考 虑 了侧 向收缩 的影 响 . 一 般来说 , 按 常规设 计 的 闸墩 布局型 式和 闸室上 下流连 接段 为矩形 断 面的 无 坎宽 顶堰 , 堰流侧 收缩 系数 e 一 般为 0 . 9 8— 0 . 9 9 ; m取值 大小成 了 比力 环节 的影 响 要素 , 其值 经 多 个 水工模 型试验 查验 , 成果 表白均 小 于 0 . 3 8 5 . 间接投 资 . 笔 者认为 无坎宽 顶堰 堰流 流 量 系数 m 的 取值 确有可 商榷之 处 . 1 无 坎 宽 顶堰 堰 流 流 量 系数 的计 算 文献 [ 1 ] 入彀 算无 坎宽 顶堰堰 流流量 系数 时 , 一 般不单 独考虑侧 向收 缩 的影 响 , 而是 把侧 向 收缩 的 影响包 含在流量 系数 中一并 考 虑 . 无 坎 宽顶 堰 堰 流 流量 系数 的大小根 据进 口翼墙 的形 式及平 面收 缩的 程度 , 从相 关表格 中查得 . 式( 1 ) 中规 定 m=0 . 3 8 5 , 其 实是 不 计 进 口局 部 2 模 型 试 验 及 原 理 山东 省在 近几 年对 多座 大 中型水库 进 行 了除 险 加 固, 为使设想 更趋 于合 理 , 在 溢洪 闸加 固革新设 计 过程 中, 均做 了溢 洪道 水工 模 型试 验 . 通 过模 型试 验 作者简介 : 田间 ( 1 9 6 8 一) , 男, 辽 宁丹 东 人 , 工程师 , 主 要从 事 水 工 结 构设 计 与 研 究 ? 3 4 ? 来查验设想 的合理性 , 试验 给出 的闸室流量 系数是溢 洪道优化设想 的需要参 数 . 这里通过下 述两个工 程实 例, 来申明无坎宽顶堰堰 流流量系数 的变化情 况 . 采用整 体 正态模子 , 按重 力相 似原则设 计 , 参照 表 1 日照水 库 和 龙 角 山川 库 溢 洪 道 闸 上 能 头 与 堰 流 流 量 系 数 关 系 S L 1 5 5 -9 5 ( 水工 ( 常规 ) 模 型试验 规程 》 , 选定 模 型长 度 比尺 L , =5 0 , 响应各 比尺为 : 流量 比尺 Q , =L = 1 7 6 7 7 . 7 ; 流速 比尺 口 , =L : = 7 . 0 7 ; 糙 率 比尺 n , = = 1? 。 用 测针测 读测针 筒 内水 位 , 用 毕托 管量测 流速 , 用7 0 c m宽矩 形 薄 壁堰 量 测 流量 , 用 测压 管 量测 动 水压力. 堰 流综 合流量 系数表 达式 为 M = b 2H ( 3 ) 式中 : 0为堰 流流量, m 3 / s ; M 为 堰 流 综 合 流 量 系 数; b为 闸孔总 净宽 , m; H为上 游能 头 , n 1 . 上述 试验成 果 中 , 水 工 模 型试 验 成 果 与实 际 观 察 记实 成果 吻合 , 堰 流 量 系数 m 最 大值 为 0 . 3 7 4 , 最小值 为 0 . 3 3 9 , 点 据 大多 在 0 . 3 5 5— 0 . 3 7 4之 间 ( 由 于篇 幅所 限 , 本文 仅列举 了两 例试验 功效 ) . a .山东省 日照水库 溢洪 道水 工模 型试 验 . 日照 水库 溢洪 闸采用弧形 钢 闸门 , 共 7孔 , 单 孔 闸门尺 寸 1 0 . 0 n l ×7 . 5 m( 宽 ×高 ) , 闸室总宽 7 8 . 0 n l , 闸 室 长 1 7 . 5 m; 闸前引水 渠宽 7 8 . 0 n l , 长5 0 . 0 n l , 闸后泄槽 宽 7 8 . 0 n l , 长 1 0 2 . 5 n l , 坡比0 . 0 2—0 . 1 0 , 自在 出流条 件 下 的挑 流消能 . 闸室 、 泄槽 、 闸门 、 挑 流鼻 坎用冷 轧钢 板 制造 , 外 喷油 漆 . 闸墩 采 用硬 塑 料 板 制造 , 进 出口 3 结 论 在控 泄式 溢 洪 道或 水 闸设 计 中, 作 为 经 常采 用 的布局 形式—— 平 底 板 无坎 宽 顶 堰 , 堰 流 流量 系数 均按 比例用 水泥砂 浆抹 面制成 . b .山东省龙角 山川库 溢洪 道水 工模 型试 验 . 龙 角 山川库 溢洪 闸采用平 板钢 闸 门 , 共 7孔 , 单孔闸门 1 0 . 0 n l ×6 . 5 n l ( 宽 ×高 ) , 闸室总宽 7 8 . 4 n l , 闸 室 长 1 4 . 5 m; 闸前引水 渠宽 7 8 . 4 n l , 长5 4 . 0 n l , 闸后泄槽 宽 7 8 . 4n l , 长7 5 . 0 m, 坡比0 . 0 2 , 自在 出流 前提 下 的挑 m 的取值成 了除 过 流量 以外 唯 一 的控 制 要素 . 在 进 行水 闸泄流能 力计 算 或 确定 水 闸规 模 时 , 为避 免 工 程 的重 复扶植 和 不必 要 的加 固改 造 , 保 证 工程 长 期 平安稳 定运 行 , 应 充 分 考 虑堰 流 流 量 系数 m 的影 响. 笔者 认 为 , 在 自在 出流 条 件下 , 根 据 国 家 现行 规 范采用 公式 ( 1 ) 确定 工程 规 模 时 , 堰 流 流 量 系数 m 取值 0 . 3 8 5并 不合适 , t / t , 取值在 0 . 3 6— 0 . 3 7 5之 间更 为适 宜 . 流消 能 . 闸室、 泄槽、 闸门、 挑 流 鼻坎 用 冷 轧 钢 板 制 作, 外 喷油漆 . 闸墩采 用 硬 塑料 板 制 作 , 进 出 口均 按 比例用水 泥砂浆抹 面 制成 . 上述 试 验 均 由山东 大学 土 建 与水 利学 院完成 . 在 闸 门全数 开启 , 流态 为 自在出流 的环境 下 , 得 出溢 洪道 闸上 能 头 与 堰 流 综 合 流 量 系 数关 系 , 式( 1 ) 中 m=M/  ̄ . 试 验与计 算成果 见表 1 . 简讯 ? 参考 文献 : [ I ] 吴 持恭 . 水 力学 [ M] . 第二版. 北京 : 高档 教 育 出书 社 , 1 9 9 0. ( 收 穑 日期 : 2 0 0 2 — 0 8 — 0 5 编纂 : 张志琴) ? 德 国 新 近 建成 一 座 1 0 0万 k W 级抽 水 蓄 能 电站 德 国第 一座 1 0 0万 k W 级抽 水蓄 能 电站是 在 1 9 8 1年建成 的马克 斯 巴赫 电站 . 该 电站 安装 可逆 式机 组 6 台, 共1 0 5万 k W, 援用最 大流量 4 4 1 m 3 / s , 水头 3 0 5 . 0 1 1 1 . 时隔 2 0年 , 德 国将建 成第二 座 1 0 0万 k W 级 抽水 蓄能 电站 , 那就是 位 于图林 根州 的戈尔第 斯塔 尔 电站 . 该 电站 安 装 4台可 逆式 机 组 , 总 容量 1 0 6万 k W, 引 用最 大 流量4 1 3 m 3 / s , 最洪流 头 3 3 4 n 1 . 2 0 0 2年 9月 , 电站与 4 0 0 k V高 压电 网联 网 , 1 2月首 台机组 起头试 运转 , 2 0 0 3年 1月正式 投入商 业运转 . 其余 3台机 组现 正在安装 中 , 计 划在 2 0 0 3年全 部投入 运转 . ( 吴英 高供稿 ) ? 35 ?

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