孔口出流-消能工计算

1、*计算项目：消能工水力计算 1*- 消力池断面简图 - 计算条件 -基本参数 消能工类型:下挖式消力池 计算目标:设计尺寸 上游底部高程:177.400(m) 下游底部高程:176.700(m) 消力池首端宽度:35.750(m) 消力池末端宽度:35.750(m) 水流的动能校正系数:1.050 泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:0.950 消力池出流流速系数:0.950 水跃淹没系数:1.050 是否计算消力池前段长度:计算 消力池前端型式:斜坡式 宽顶堰的流速系数:0.950 宽顶堰的流量系数:0.950 宽顶堰的堰顶高程:177.400(m) 自由水跃跃长计算系数:6.900 水跃长度

2、校正系数:0.750 是否计算消力池底板的厚度:计算 消力池底板计算系数K1:0.200 消力池底板安全系数K2:1.300 消力池底板的饱和重度:25.000(kN/m3) 脉动压强系数:0.050 海漫长度计算系数Ks:12.000 河床土质允许不冲流速:0.800(m/s) 水位流量的组数:22 序号 单宽流量 上游水位 下游水位 扬压力 (m3/s*m) (m) (m) (kPa) 1 0.333 181.670 177.470 1.000 2 0.665 181.670 177.570 1.000 3 0.998 181.670 177.670 1.000 4 1.330 181.6

3、70 177.770 1.000 5 1.663 181.670 177.870 1.000 6 1.996 181.670 177.970 1.000 7 2.459 181.670 178.070 1.000 8 2.979 181.670 178.170 1.000 9 3.498 181.670 178.270 1.000 10 4.018 181.670 178.370 1.000 11 4.538 181.670 178.470 1.000 12 5.057 181.670 178.570 1.000 13 5.577 181.670 178.670 1.000 14 6.096

4、181.670 178.770 1.000 15 6.616 181.670 178.870 1.000 16 7.136 181.670 178.970 1.000 17 7.663 181.670 179.070 1.000 18 8.194 181.670 179.170 1.000 19 8.724 181.670 179.270 1.000 20 9.255 181.670 179.370 1.000 21 9.785 181.670 179.470 1.000 22 10.316 181.670 179.570 1.000 - 计算过程 -1、判断是否需要建消能工。 流速水头公式：

5、 *V2/(2*g)，V=q/T 其中：q单宽流量(m2/s)，T上游水头(m)，水流动能校正系数。 计算收缩断面水深公式： hc3-T0*hc2+*q2/(2*g*2)=0 其中：hc收缩断面水深(m)，T0消力池底部以上的总水头(m)，流速系数。 计算跃后水深公式(矩形断面扩散渠槽自由水跃)： hc'=hc/2*(sqrt(1+(8*q2)/(g*hc3)-1)*(b1/b2)0.25 其中：hc'跃后水深(m)，b1消力池首端宽度(m)，b2消力池末端宽度(m)。 判断水跃型式的条件： hc'ht，远离式水跃 hc'= ht，临界水跃 hc'ht，

6、淹没式水跃 其中：ht下游水深(m)。 若发生远离式水跃，则需要修建消能工，否则不需要。 序号 单宽流量 流速水头 上游总水头 收缩断面水深 跃后水深 下游水深 水跃型式 (m3/s*m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 0.333 0.000 4.970 0.037 0.789 0.770 远离水跃 2 0.665 0.001 4.971 0.073 1.102 0.870 远离水跃 3 0.998 0.003 4.973 0.110 1.337 0.970 远离水跃 4 1.330 0.005 4.975 0.147 1.531 1.070 远离水跃 5 1.663 0.008

7、 4.978 0.185 1.699 1.170 远离水跃 6 1.996 0.012 4.982 0.223 1.849 1.270 远离水跃 7 2.459 0.018 4.988 0.276 2.033 1.370 远离水跃 8 2.979 0.026 4.996 0.336 2.216 1.470 远离水跃 9 3.498 0.036 5.006 0.397 2.379 1.570 远离水跃 10 4.018 0.047 5.017 0.458 2.527 1.670 远离水跃 11 4.538 0.061 5.031 0.521 2.663 1.770 远离水跃 12 5.057 0

8、.075 5.045 0.583 2.787 1.870 远离水跃 13 5.577 0.091 5.061 0.647 2.903 1.970 远离水跃 14 6.096 0.109 5.079 0.711 3.011 2.070 远离水跃 15 6.616 0.129 5.099 0.775 3.112 2.170 远离水跃 16 7.136 0.150 5.120 0.840 3.207 2.270 远离水跃 17 7.663 0.173 5.143 0.907 3.298 2.370 远离水跃 18 8.194 0.197 5.167 0.975 3.385 2.470 远离水跃 19

9、 8.724 0.224 5.194 1.043 3.466 2.570 远离水跃 20 9.255 0.252 5.222 1.112 3.544 2.670 远离水跃 21 9.785 0.281 5.251 1.182 3.618 2.770 远离水跃 22 10.316 0.313 5.283 1.252 3.688 2.870 远离水跃 按照设计流量的确定原则：跃后水深与下游水深之差的最大值所对应的流量为设计流量。 采用设计流量为：6.616(m3/s*m)。2、计算消力池池深。 计算消力池出口水面落差Z公式： Z=(*(q2)/(2*g*(2)*(ht2)-(*(q2)/(2*g*

10、(02)*(hc'2) 计算消力池深度d公式： d=0*hc'-ht-Z 其中：0水跃淹没系数(又称为安全系数)。 序号 单宽流量 总水头 收缩断面水深 跃后水深 出口断面落差 消力池池深 (m3/s*m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 0.333 5.028 0.036 0.791 0.002 0.058 2 0.665 5.258 0.071 1.119 0.018 0.288 3 0.998 5.404 0.106 1.370 0.037 0.431 4 1.330 5.505 0.140 1.578 0.057 0.529 5 1.663 5.579 0.

11、174 1.759 0.076 0.600 6 1.996 5.634 0.209 1.920 0.094 0.652 7 2.459 5.722 0.256 2.124 0.126 0.734 8 2.979 5.808 0.310 2.329 0.164 0.811 9 3.498 5.874 0.363 2.512 0.200 0.867 10 4.018 5.926 0.417 2.679 0.234 0.909 11 4.538 5.969 0.472 2.833 0.265 0.939 12 5.057 6.005 0.526 2.974 0.294 0.959 13 5.577

12、6.034 0.582 3.106 0.319 0.972 14 6.096 6.058 0.638 3.228 0.342 0.978 15 6.616 6.079 0.695 3.344 0.362 0.979 16 7.136 6.096 0.752 3.451 0.379 0.975 17 7.663 6.110 0.811 3.554 0.395 0.967 18 8.194 6.123 0.871 3.652 0.409 0.956 19 8.724 6.134 0.932 3.743 0.420 0.940 20 9.255 6.144 0.994 3.830 0.429 0.9

13、22 21 9.785 6.152 1.056 3.911 0.437 0.900 22 10.316 6.159 1.120 3.988 0.442 0.875 设计流量所对应的消力池深度为：0.979(m)。3、计算池长。 自由水跃跃长Lj计算公式： Lj=6.9*(hc'-hc) 系数6.9可以根据需要更改。 计算消能工前段长度Ls公式： Ls=2*sqrt(H0-0.5*G)*(P+0.5*G) 其中：G=2*(1-sqrt(1-m)*H0 流速系数，H0堰顶以上水头(m)，P从池底算起的堰高(m)，m过堰流量系数。 消力池池长计算公式： L=Ls+*Lj 其中：水跃长度校正系

14、数。 序号 自由水跃跃长 水跃前消能工长度 消能工总长度 (m) (m) (m) 1 5.480 4.149 8.259 2 7.530 4.150 9.798 3 9.020 4.151 10.916 4 10.210 4.153 11.811 5 11.214 4.156 12.566 6 12.082 4.159 13.220 7 13.121 4.163 14.004 8 14.113 4.170 14.755 9 14.962 4.178 15.399 10 15.701 4.187 15.963 11 16.349 4.198 16.460 12 16.919 4.210 16.8

15、99 13 17.426 4.223 17.292 14 17.875 4.237 17.644 15 18.275 4.253 17.960 16 18.632 4.270 18.244 17 18.953 4.288 18.503 18 19.241 4.308 18.739 19 19.495 4.330 18.951 20 19.720 4.352 19.142 21 19.918 4.376 19.315 22 20.092 4.402 19.470 消能工长度采用最大流量所对应的长度为：19.470(m)。4、计算消力池底板厚度。 采用池深为0.979m，池长为19.470m计算底

16、板厚度。 满足抗冲要求的底板厚度t： t=k1*sqrt(q*sqrt(H) 其中：k1底板计算系数，H上下游水位差(m)。 满足抗浮要求的底板厚度t： t=k2*(U-W±Pm)/b 其中：k2 底板安全系数； U 作用在底板面的扬压力(kPa)； W 作用在底板上的水重(kPa)； Pm 作用在底板上的脉动压力(kPa)，计算底板前半部时取"+"号，计算底板后半部时取"-"号； b底板的饱和重度(kN/m3)。 序号 扬压力 水重 脉动压力 抗冲厚度 首端抗浮厚度 (kPa) (kPa) (kPa) (m) (m) 1 2.764 1.77

17、0 5.756 0.165 0.351 2 2.841 1.870 5.724 0.232 0.348 3 2.917 1.970 5.693 0.283 0.345 4 2.993 2.070 5.662 0.324 0.342 5 3.070 2.170 5.632 0.360 0.340 6 3.146 2.270 5.602 0.392 0.337 7 3.222 2.370 5.600 0.432 0.336 8 3.299 2.470 5.517 0.472 0.330 9 3.375 2.570 5.473 0.508 0.326 10 3.451 2.670 5.431 0.5

18、40 0.323 11 3.528 2.770 5.390 0.570 0.320 12 3.604 2.870 5.350 0.597 0.316 13 3.680 2.970 5.311 0.622 0.313 14 3.757 3.070 5.274 0.644 0.310 15 3.833 3.170 5.237 0.665 0.307 16 3.909 3.270 5.202 0.685 0.304 17 3.986 3.370 5.168 0.703 0.301 18 4.062 3.470 5.134 0.720 0.298 19 4.138 3.570 5.103 0.735

19、0.295 20 4.215 3.670 5.072 0.749 0.292 21 4.291 3.770 5.043 0.762 0.289 22 4.367 3.870 5.015 0.773 0.287 经计算得所需消力池底板首端最大厚度为：0.773(m)、末端厚度一般取首端厚度的一半为：0.387(m)。 注意：根据规范，消力池底板厚度不宜小于0.5m的构造厚度。5、海漫计算。 计算海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度。 海漫长度L计算公式： L=Ks*sqrt(qs*sqrt(H) 其中：Ks海漫长度计算系数，qs消力池末端单宽流量(m2/s)，H上下游水位差(m)。 公式的适用条件是：sqrt(qs*sqrt(H)=19。