水工隧洞水力计算.doc

水工隧洞水力计算的内容,一般有:泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线(有压流)、水面线的计算(无压流)。1、泄流能力水工隧洞泄流能力计算,分有压流和无压流两种情况。实际工程中,多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸,然后通过计算校核其泄流量。若不满足要求,再修改断面或变更高程,重新计算流量,如此反复计算比较,直至满意为止。(1)有压流的泄流能力有压流的泄流能力按公式(1)计算:(1)式中Q——泄流量;μ——流量系数;A——隧洞出口断面面积;g——重力加速度。式中H——出口孔口静水头;——隧洞进口上游行近流速水头。流量系数μ随出流条件不同而略有差异,自由出流和淹没出流分别按公式(2)和公式(3)计算:(2)(3)式中A——隧洞出口断面面积;A2——隧洞出口下游渠道过水断面面积;ζj——局部水头损失系数;Aj——与ζj相应流速之断面面积;Li、Ai、Ri、Ci——某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞,对发电的有压引水隧洞,其过流能力决定于机组设计流量,即流量为已知,要求确定洞径。(2)无压流的泄流能力无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度,洞内水流呈急流状态,其泄流能力不受洞长影响,而受进口控制,若进口为深孔有压短管,仍可按公式(2)和公式(3)计算,而忽略其沿程水头损失(根号中的最后一项)。表孔堰流进口的斜井式无压隧洞,其泄流能力由堰流公式计算:(4)式中ε——侧收缩系数;m——流量系数;B——堰顶宽度(m);H0——包括行近流速水头的堰顶水头。流量系数和侧收缩系数与堰型有关。为保证曲线堰面与斜井底板有准确的切点,使过水表面平整,建议采用WES标准剖面堰型,其曲线方程和有关计算参数可参见武汉水利电力学院编的《水力计算手册》。隧洞的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失,其计算方法可参见武汉水利电力学院编的《水力计算手册》。2、绘制压坡线连接隧洞沿程测压管水头,即得有压隧洞的压坡线。设计时应根据隧洞可能的支运行条件绘制最高和最低压坡线。前者供确定隧洞各段的最大设计内水压力,后者用以检验洞内会否出现负压力。绘制压坡线的步骤如下:1)根据水流连续方程计算隧洞沿程各不同断面的流速;2)逐段计算沿程水头损失和各项局部水头损失;3)从隧洞出口断面底板高程为基准