第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能.doc

第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能第一节泄水建筑物下游的水流衔接一、泄水建筑物下游的水流特征泄水建筑群下游水力设计的主要任务是,选择及计算适当的消能措施,在较短的距离内消除余能,并使收缩断面的高速集中水流,安全地转变为下游的正常缓流,保证建筑物的安全。二、:下游采取工程措施,控制水跃发生的位置,通过水跃的表面旋滚和强烈的紊动达到消能的目的。:利用下泄水流的动能,将水流挑射至远离建筑物的下游,使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全,余能一部分在空中消散,大部分在水舌落入下游河道后消除。:采取一定的工程措施,将下泄的高速水流导向下游水流的表面。通过水舌扩散、流速分布的调整及底部旋滚与主流的相互作用消除余能。此外,可将几种消能方式集合起来,如消能戽就是一种底流和面流结合应用的消能方式。第二节底流式衔接与消能一般的水闸、中小型溢流坝或地质条件较差的各类泄水建筑物,多采用底流式消能。底流式消能的水力计算:下游的水流衔接形式(即水跃发生的位置),确定必要的工程措施。一、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算列坝前断面0-0及收缩断面c-c的能量方程:,令流速系数,则:即:,对矩形断面:由于上述方程是一元三次方程,一般需用试算法求解,矩形断面也可迭代法求解:,初始收缩断面水深取0。矩形断面时,跃后水深:二、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能的影响1.。水跃在收缩断面处发生,称为临界使水跃衔接。2.。根据水跃函数的性质,急流将继续向下游流动一段距离,由于摩擦阻力的存在,动能减小,水深增大。在某一距离,水深恰好是下游水深的跃前水深处发生。称为远驱式水跃衔接。3.。水跃表面旋滚将涌向上游,淹没收缩断面,产生淹没水跃。称为淹没式水跃衔接。水跃的淹没程度用水跃淹没系数表示:。显然当时为淹没水跃;当时为临界水跃;当时为远驱式水跃。临界式及远驱式水跃通称自由水跃。研究表明:水跃的淹没系数愈大,消能效果愈差,水跃的长度也愈大。由于跃前断面的急流段及水跃段的流速很大,对河床有较大的冲刷能力,需用护坦保护。工程中要求护坦的长度愈小愈好,临界式水跃衔接的护坦长度虽最小,但它不稳定,因此工程中常采用淹没系数为的淹没水跃。此时消能效果较好,水跃长度较小。三、消能池的水力计算在泄水建筑物下游产生远驱式或临界式水跃时,必须设法用工程措施加大下游水深,使之产生淹没程度不大的淹没水跃。有两种措施:降低护坦高程,护坦末端修建消能坎,形成消能池。矩形消能池水力计算:确定消能池的深度及长度。(1)消能池深度d的计算:要求:消能池的末端水深,取,为护坦高程降低后的收缩断面的跃后水深。由四个公式联合求解:A.--------计算护坦高程降低后的收缩断面水深。B.------计算护坦高程降低后的收缩断面水深的跃后水深。C.------计算消能池出口处的水面跌落,为消能池的流速系数,一般取:D.------计算消能池的深度。上述求解过程需试算。近似公式:(2)消能池长度的计算消能池长度必须保证水跃不越出池外。由于消能池末端对水流产生反作用力,减小水跃长度,因此消能池内的水跃长度仅为平底明渠中自由水跃的70~80%。所以:,其中为平底明渠中自由水跃长度。:确