CN109853489A - 一种二级消力池尾坎高度的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种二级消力池尾坎高度的设计方法，属于水利工程领域，包括以下步骤：(1)采用基础计算式初步计算尾坎高度；2)引入尾坎修正系数ω_i；3)根据流量进行试验，建立消力池消波、消能和水跃特征与ω_i关系，本发明优点在于：1、本发明提供了一种二级消力池尾坎高度的设计方法；2、按照本方法优化后的尾坎高度综合效果最优。

Description

一种二级消力池尾坎高度的设计方法

技术领域

本发明涉及一种消力池的设计方法，具体而言是一种二级消力池尾坎高度的设计方法，属于水利工程领域。

背景技术

对于已建工程，随着工程的运行，下游河床下切导致水流流态、下游水力条件等发生了大的变化，导致下游消能设施不能满足消能防冲要求，造成建筑物严重破坏，危及工程安全，有必要对此类工程进行维修加固甚至新建消能设施，考虑到维修应该考虑原有工程型式、安全、消能效果等多方面问题，不能拆除原有消能工，工程上往往通过在原有消力池下游再布设消力池形成多级消力池型式。

低水头、低佛氏数水流通过单级消力池不能产生稳定水跃，而是形成波状水跃，导致消能率低、出池流态差。多级消力池作为一种辅助消能工，能使这种水流在各级池内形成稳定的水跃，成为解决这些工程消能问题的一种有效途径。

二级消力池的尾坎高度是二级消力池设计的关键点，但是一直没有合适的方法对二级消力池尾坎高度进行计算。

发明内容

本发明一种二级消力池尾坎高度的设计方法，公开了一种用于设计二级消力池尾坎高度的方法，具体而言，包括如下步骤：

1)采用基础计算式初步计算尾坎高度

c′_i为基础计算式：

各级池c′_i计算式如下：

其中，上标i＝1、2，指示消力池的级数；

c′_i为初步计算尾坎高度，c_i为修正后尾坎高度，Eⁱ ₀为池前断面总水头，为流速系数，h_c为收缩断面水深，h_c2为共轭水深；σ_j为水跃淹没度，m为尾坎流量系数，Fr为弗劳德数；q为单宽流量，g是重力加速度，p′_i为上一级尾坎底部高程减去该级池底部高程。

2)引入尾坎修正系数ω_i；将各级池尾坎高度表示为：

c_i＝(1-ω_i)c′_i (式6)

其中hⁱ为该级池前缘断面水深，可以用该级池前缘断面水位减去上一级尾坎顶部高程；

ω_i是反映来流条件以及各级池消力池消波、消能和消力池内流态等特性的综合系数，计算方法的目标就是确定ω_i。

3)根据流量进行试验，建立消力池消波、消能和水跃特征与ω_i关系，拟合出ω_i表征消波、消能和水跃特征的综合表达式；

定性关系如下：就消波而言，第二级池尾坎高度越小，出池水面波动就越小，如果消力池需要考虑消波越多，就需要越小的尾坎高度，则ω_i越大；

如果ω_i越大，消力池内很容易产生远驱水跃；如果ω_i越小，消力池内很容易产生波状水跃；

消能率与ω_i之间存在非正相关关系。

具体而言，本发明的效益如下：

1、本发明提供了一种二级消力池尾坎高度的设计方法；

2、按照本方法优化后的尾坎高度综合效果最优。

附图说明

图1试验得到的第二级池尾坎高度与波高标准差关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

一种用于低佛氏数消能的二级消力池设计方法，上述的低佛氏数值为1.26-1.46，设计流量为27L/s，符合重力相似准则的模型消力池设计方法；包括以下步骤：

2)来流条件是影响消力池消能、消波和池内流态的重要因素，为此，可以改变来流条件参照本实验开展一系列实验，建立ω_i与来流条件的关系。例如：

本实验条件流量Q＝27L/s，0-40断面处佛氏数Fr₀＝1.36时，经测量得h¹＝4.6，经试验，第一级池底深度p₁＝p′₁＝6cm，p₂＝7cm，p'₂＝-2-(-7)＝5cm；

由式5得第一级池前断面能量

代入式4得第一级池水跃收缩断面理论值

收缩断面佛氏数

代入2得收缩断面水深的共轭水深

代入式1，并取第一级池水跃淹没度第一级池尾坎淹没系数第一级池尾坎流量系数m₁＝0.42，即可得第一级池尾坎高度理论值c′₁＝4.98cm；

结合实验值c₁＝4cm，代入尾坎高度式6得ω₁＝0.20；

同理，求得c'₂＝3.5cm，本实验c₂＝1cm，得ω₂＝0.72，

为此，可以求得ω₁＝0.20，ω₂＝0.72。

Claims (1)

1.二级消力池尾坎高度的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)采用基础计算式初步计算尾坎高度

c′_i为基础计算式：

各级池c′_i计算式如下：

其中，上标i＝1、2，指示消力池的级数；

c′_i为初步计算尾坎高度，c_i为修正后尾坎高度，Eⁱ ₀为池前断面总水头，为流速系数，h_c为收缩断面水深，h_c2为共轭水深；σ_j为水跃淹没度，m为尾坎流量系数，Fr为弗劳德数；q为单宽流量，g是重力加速度，p_i'为上一级尾坎底部高程减去该级池底部高程。

2)引入尾坎修正系数ω_i；将各级池尾坎高度表示为：

c_i＝(1-ω_i)c′_i (式6)

其中hⁱ为该级池前缘断面水深，可以用该级池前缘断面水位减去上一级尾坎顶部高程；

ω_i是反映来流条件以及各级池消力池消波、消能和消力池内流态等特性的综合系数，计算方法的目标就是确定ω_i。

3)根据流量进行试验，建立消力池消波、消能和水跃特征与ω_i关系，拟合出ω_i表征消波、消能和水跃特征的综合表达式；

定性关系如下：就消波而言，第二级池尾坎高度越小，出池水面波动就越小，如果消力池需要考虑消波越多，就需要越小的尾坎高度，则ω_i越大；

如果ω_i越大，消力池内很容易产生远驱水跃；如果ω_i越小，消力池内很容易产生波状水跃；

消能率与ω_i之间存在非正相关关系。