有压隧洞计算实例PPT课件

1、1 4 有压隧洞水力计算实例有压隧洞水力计算实例 一、资料及任务一、资料及任务 某水库的有压泄洪隧洞，由进口喇叭段、 进口闸门段、进口渐变段、洞身段、出口渐 变段、出口闸门段、扩散段和消力池段所组 成，如图4-1所示。 初步拟定隧洞各部分尺寸如下： 隧洞进 口为两个高7.58米、宽3.8米的矩形断面，进 口断面与水平面的夹角;进口处设有拦污栅， 栅条横断面为矩形 （宽度 =1厘米， 高度 =5厘米），栅条间净距=5厘米； 2 进口闸门段的断面为两个高2.8米，宽 1.75米的矩形断面，该段并设有检修隧洞的 平面闸门；洞身段断面直径=3.5米的圆形 断面，该段底坡i1=0.00417；进口闸门段

2、与 洞身段之间用进口渐变段连接；出口闸门段 的断面为两个边长1.75米的正方形断面，并 设有控制隧洞流量的平面闸门；洞身段与出 口闸门段之间用出口渐变段连接；扩散段的 断面为矩形，底宽由4.7米增至12.7米， 3 前段为8米水平段，后段为底坡i2=0.2的斜 坡段；消力池断面为矩形，底宽为12.7米； 各段长度及高程见图4-1。隧洞洞身用钢筋 混凝土衬砌，糙率=0.014。水库设计洪 水位为124.48米，相应的隧洞设计流量 Q=108米3/秒，相应于设计流量的下游水位 为94.47米。 4 当隧洞闸门全开，要求： 1.核算库水位为设计洪水位时，隧洞能否通 过相应的设计流量； 2.绘制库水位

3、与隧洞流量关系曲线； 3.当隧洞通过设计流量时，绘制隧洞的总水 头线和测管水头线； 4.按设计流量进行隧洞出口的消能计算。 5 隧洞水头H=水库设计洪水位出口洞顶高程 =124.48 （95.54+1.75）=27.19米 二、核算库水位为设计洪水位时，隧洞能否通过核算库水位为设计洪水位时，隧洞能否通过 相应的设计流量相应的设计流量 因下游水位为94.47米，低于隧洞出口底部高 程95.54米，隧洞水流为自由水流。 有压隧洞自由出流的流量按下式计算： Q=c（2gH0）1/2 因隧洞上游为水库，故v00，则隧洞总水头 H0H=27.19米 6 因隧洞上游为水库，则隧洞总水头H0H27.19；隧

4、 洞流量系数按下式计算： 22 )()( 1 i i ii i i c d l 34 2 31 2 2 2 4 1 1 88 R lgn R R n g d l C g d l 2 8 C g 61 1 R n C Rd4 因 则 3/4 3/4 2 00384. 0 014. 08 . 92 R l R l 7 取 。于是得 1 22 3/4 )()(00384. 01 1 i i i i c R l 为管道出口断面面积; i、i、i、di、li分别为任意管道的断面面积、沿程阻力 系数、局部阻力系数、管径、管长。 8 1.751.75 3.8 d=3.5 1.751.75 1.20 12.7

5、 单 位 ： 米 图 4-1 设 计 洪 水 位 7.58 拦 污 栅 4.58.09.52361048.035.35 喇 叭 段 进 口 闸 门 段 进 口 渐 变 段 洞 身 段 出 口 渐 变 段 出 口 闸 门 段 扩 散 段 消 力 池 段 i1=0.00417d=3.5 出 口 闸 门 i2=1/5 下 游 设 计 水 位 进 口 闸 门 av2/2g 测 管 水 头 线 总 水 头 线 3.8 9 1.拦污栅：拦污栅：栅条横断面为矩形，宽度b=1厘米，高度 l=5厘米，又栅条间净距s=5厘米，则 按 及 值4.1由表 查得拦污栅倾角 时的局部阻力系 数 。因本隧洞拦污栅倾角 ，

6、其局部阻力系数 2.0 5 1 ,1 5 5 s b s l s b s l 90 364. 0 90 2367 先确定隧洞各局部阻力系数： =90sin=0.364sin6723 =0.336 10 2.进口：进口为喇叭形，由表4.1查得 3.进口闸门槽：对于平面闸门门槽，由表4.1取 4.进口渐变段：进口渐变段断面由矩形变为圆形， 其局部阻力系数尚无法确定，先参数其它同类 工程的试验资料，取 10. 0 09. 0 10. 0 11 由表 4-2得 0.00384(li/R3/4)(/i)2=0.5006 i (/i)2 =0.2387 02. 0 10. 0 5.出口渐变段：出口渐变段断

7、面由圆形变为矩形， 其局部阻力系数亦参考同类工程的试验资料，取 6.出口闸门槽：出口闸门槽亦为平面闸门槽， 。 隧洞各段的 0.00384(li/R3/4)(/i)2 及i (/i)2 值的计算成果列于表4-2。 12 可见图4-1拟定的隧洞尺寸可以满足通 过设计流量的要求。 759. 0 2387. 05006. 01 1 c 秒米 3 0 0 .10819.278 . 9213. 6759. 02gHQ c 则隧洞流量 13 14 则保证隧洞为有压流的最低库水位为 1.5d进口洞底高程=5.2596.0=101.25米 三、绘制库水位与隧洞流量关系曲线三、绘制库水位与隧洞流量关系曲线 保证

8、隧洞为有压流的最小洞前水深为 1.5d=1.53.5=5.25米 或 Scr=cv(d)1/2 c为经验系数(0.55-0.73),取c=0.55;v为闸门断面的 水流流速;d为闸门空口高度,d=2.8米。则 Scr=0.55108/(22.81.75)(2.8)1/2=10.14(米) 15 有压隧洞的流量按下式计算：( ) HH 0 29.976 .20 6 .20 6 .208 . 9213. 6759. 02 0 库水位 出口洞顶高程库水位 HHgHQ c 在库水位为101.25米以上设一系列库水位， 计算一系列相应的流量Q，计算成果列于表4-3 的数据绘制库水位与隧洞关系曲线于图4-

9、2。 16 020406080100120 隧洞流量Q(米3/秒) 库水位(米) 图 17.12 17 18 位 置 （米） （米/ 秒） （米）（米）（米） 拦污栅 57.6 0 1.870.18 0.3 36 0.06 进 口9.8011.006.17 0.1 00 0.61 进口闸 门段 9.8011.006.17 0.03 49 0.24 0.1 00 0.61 进口渐 变段 9.6211.206.39 0.0 90 0.57 洞身段9.6211.206.39 1.08 30 6.81 出口渐 变段 6.1317.60 15.7 0 0.0 20 0.31 出口闸 门段 6.1317.

10、60 15.7 0 0.04 61 0.72 0.1 00 1.57 7.773.73 19 四、绘制通过设计流量时的隧洞总水头线和测管水头线四、绘制通过设计流量时的隧洞总水头线和测管水头线 按隧洞通过设计流量计算各段的流速水头和水头 损失，其中沿程总水头损失 局部水头损失 计算成果列于表4-4.按下式核算计算成果： g v R l h i i i fi 2 00384.0 2 34 g v h i iji 2 2 73.377.770.15 2 2 jifi hh g av H 米20.27 20 计算的H与通过设计流量时的水头H=27.19米 甚为接近，说明计算成果正确。按表17.15的数

11、据 绘出隧洞总水头线与测管水头线于图17.11. 五、按设计流量进行隧洞出口消能计算五、按设计流量进行隧洞出口消能计算 隧洞按下列数据进行消能计算：流量 下游水位为94.47米；隧洞出口断面水深；隧洞出 口断面流速水头 ；隧洞出口底部高程 为95.54米；下游河底高程为90.87米。 秒米 3 108Q 米7 .15 2 2 g av 21 （一）判别下游水跃形式 隧洞出口断面总水头 扩散段末端单宽流量 临界水深 g av hT 2 2 0 下游河底高程隧洞出口底部高程 米12.227 .1575. 187.9054.95 秒米 2 5.8 7.12 108 q 米0 .2 8 .9 5 .8

12、1 .1 3 2 3 2 g aq hk 06.11 0 . 2 12.22 0 0 k h T 22 近似按实用堰上闸孔出流的情况由表10.1查得斜 坡扩散段的流速系数 。按 及 值由附 录图解查得 ，则 下游水深 因 ，下游发生远离水跃，应做消能工。现拟 做消力池。 （二）求消力池深度 90. 0 0 78. 2 c 米57. 50 . 278. 2 kcc hh 米60. 387.9047.94t thc d 8 . 1 0 . 2 6 . 3 k h t 23 按 ， 及 值由附录图解查得 ，则 池深 采用 。 （三）求消力池长度 按 及 值由附录图解查得 ， ，则 0 k h t 90.0 k h d 米8.10.290.0 k k h h d d 米8 . 1d 米池底高程07.898 . 187.90