《水力学》课程PPT教学课件（讲义）第九章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能

水力学 第九章世水下游水与消能 前进

前进

问题的提出 选用适当的措施,在下游较短 的距离内消除多余能量△E,并 使高速下泄的集中水流安全地 转变为下游的正常缓流。 如图所示一溢流坝,单宽流量q=80m/sm,上下游 水位差为△z=60m,若不计流速水头及坝面能量损耗, 上下游能量差近似等于上下游水位差,即△E=60m。那 么单位宽度河床上每秒钟应消除的能量为 N=Pgq△E=9800×80×60=4700000=47000

如图所示一溢流坝，单宽流量 q=80m3 /s m，上下游 水位差为△Z= 60m，若不计流速水头及坝面能量损耗， 上下游能量差近似等于上下游水位差，即△E=60m。那 么单位宽度河床上每秒钟应消除的能量为 N gq E W kW =  =   = =  9800 80 60 47000000 47000 △Z 选用适当的措施，在下游较短 的距离内消除多余能量△E，并 使高速下泄的集中水流安全地 转变为下游的正常缓流。 问题的提出

目前常采用的三种衔接与消能措施: 底流式消能:在建筑物下游取一定 的工程措施,控制水跃发生的位置, 通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊 动来消除余能。 挑流式消能: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。下泄水流的 余能一部分在空中消散,大部分在水 舌落入下游河道后被消除。 面流式消能:将下泄的高速水流导向 下游水流的上层,主流与河床被巨大 的底部旋滚隔开。余能主要通过水舌 扩散,流速分布调整及底部旋滚与主 流的相互作用而消除

目前常采用的三种衔接与消能措施： 底流式消能：在建筑物下游采取一定 的工程措施，控制水跃发生的位置， 通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊 动来消除余能。 挑流式消能：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。下泄水流的 余能一部分在空中消散，大部分在水 舌落入下游河道后被消除。 面流式消能：将下泄的高速水流导向 下游水流的上层，主流与河床被巨大 的底部旋滚隔开。余能主要通过水舌 扩散，流速分布调整及底部旋滚与主 流的相互作用而消除

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底流式消能的水力计算 ◆泄水建筑物下游收缩断面水深的计算 ◆泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响 ◆控制水跃位置的工程措施

底流式消能的水力计算 ❖泄水建筑物下游收缩断面水深的计算 ❖泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响 ❖控制水跃位置的工程措施 C C

泄水建筑物下游收缩断面水深的计算 E0 C 依能查表91=h++5=→E=h+(a2+5) g g g 令流速系数或+2则有 2g A g 对于矩形断面E0=h+ 2gh+o 0√2g(E0-hn)

泄水建筑物下游收缩断面水深的计算 C C P1 H 2 0 0 2 V g  E E0 C C c 2 h e =  依能量方程式 2 2 0 2 2 c c c c V V E h g g  = + + 2 0 ( ) 2 c c c V E h g = + +   令流速系数 1 c    = + 则有 2 2 0 2 2 2 2 2 c c c c V Q E h h g gA   = + = + 查表9.1 对于矩形断面 2 0 2 2 2 c c q E h gh  = + 1 0 2 ( ) ci ci q h  g E h + = −

泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响 水跃的位置仍然取决于 收缩断面水深h的共轭 水深h与下游水深h的 相对大小。 九,=h"则跃前断面恰好在收缩断面处,称为临界式水跃 hh”则跃前断面在收缩断面的上游,称为淹没式水跃 水跃的淹没系数 工程上采用稍有淹没的水跃,σ取值为1.05~1.10

泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响 C C ht ht ht h h t c =  则跃前断面恰好在收缩断面处，称为临界式水跃 水跃的位置仍然取决于 收缩断面水深hc的共轭 水深 与下游水深ht的 相对大小。 c h  t c h h   则跃前断面在收缩断面的下游，称为远离式水跃 t c h h   则跃前断面在收缩断面的上游，称为淹没式水跃 水跃的淹没系数 t j c h h  =  工程上采用稍有淹没的水跃,σj取值为1.05~1.10

例题1:某溢流坝为WES剖面,上、下游坝高均为10m,坝 顶部设闸门控制流量。今保持坝顶水头H=3.2m,调节闸门 开度,使单宽流量q6m3/sm,相应的下游水深h=305m 试判别坝下游水跃的衔接形式。 解:(1)计算h H +1 0√28(E-h) E0=P1+H+ 13.2m取q=0.9,h 0 0 g(p+h) 第一次迭代计算 =0.414 y28(E0-h0)0.9196×(132-0) 第二次迭代计算h2 =0.421 √2g(E。-h2)09096×(132-0414) 6 第三次迭代计算h3 0.421 0√2(E6-h2)0.9196×(132-0421

例题1：某溢流坝为WES剖面，上、下游坝高均为10m，坝 顶部设闸门控制流量。今保持坝顶水头H=3.2m，调节闸门 开度，使单宽流量q=6m3 /s.m，相应的下游水深ht=3.05m。 试判别坝下游水跃的衔接形式。 ht H P1 解：（1）计算hc 1 0 2 ( ) ci ci q h  g E h + = − 2 0 1 2 1 13.2 2 ( ) q E P H m g P H = + + = + 取  = 0.9 ， 0 0 c h = 第一次迭代计算 1 0 0 6 0.414 2 ( ) 0.9 19.6 (13.2 0) c c q h  g E h = = = −  − 第二次迭代计算 2 0 1 6 0.421 2 ( ) 0.9 19.6 (13.2 0.414) c c q h  g E h = = = −  − 第三次迭代计算 3 0 2 6 0.421 2 ( ) 0.9 19.6 (13.2 0.421) c c q h  g E h = = = −  −

所以取h=0.42m。 (2)计算临界水深hh 1.54m gV9.8 hh故溢流坝下游将发生远离式水跃衔接形式

所以取hc=0.42m。 （2）计算临界水深hk 2 2 3 3 6 1.54 9.8 k q h m g = = = c k t h h h   所以水流将从急流过渡到缓流， 故在溢流坝下游将产生水跃 （3）判别水跃位置（水跃的衔接形式） 2 2 3 3 0.42 6 ( 1 8 1) ( 1 8 1) 3.98 2 2 9.8 0.42 c c c h q h m gh  = + − = + − =  c t h h   故溢流坝下游将发生远离式水跃衔接形式

控制水跃位置的工程措施 当建筑物下游产生远离(驱式或临界式水跃衔接时, 为了改变这种不利的衔接形式,必须采取一定的工程措 施,加大建筑物下游水深。 ☆降低护坦高程 在下游形成消能池 ◆在护坦末端修建消 能坎来壅高水位,使 坎前形成消能池

控制水跃位置的工程措施 当建筑物下游产生远离(驱)式或临界式水跃衔接时， 为了改变这种不利的衔接形式，必须采取一定的工程措 施，加大建筑物下游水深。 C C ht ht C C ht ❖降低护坦高程， 在下游形成消能池 ht ❖在护坦末端修建消 能坎来壅高水位，使 坎前形成消能池