Excel水力计算展示——消力坎式消力池水力计算设计.

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Excel水力计算展示之

专题11.消力坎式消力池的水力计算

当泄水建筑物下游发生远离式水跃时，也可以采用修建消能墙，使墙前水位壅高, 以期在池内发生稍有淹没的水跃。其水流现象与挖深式消力池相比，主要区别在于池出 口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。水力计算的主要任务是确定墙高C和池 长LB 0

【工程任务】

如图所示为一 5孔溢流堰，每孔净宽b=7m，闸墩厚度d=2m,上游河道宽度与下

游收缩断面处河道宽度相同，即Bo=Bc= nb + (n-1)d，上下游水位的高程如图中所注,

当每孔闸门全开时，通过的泄流量 Q=1400m3/s，试求：

判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一消力坎式消力池。

【分析与计算】

1.判断是否需要修建消力池

上游水面收缩断面处河底总能量为

p = p = 55-10= 5m（）水力分析与计算

a

E0 =p+H +^^ = p + H + 2g Q2

2g Rp 1+H）B0]2 （式 11-1） 水力分析与计算

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H =1 6 2. 4 1=5 5 n7. 4

Q =1 40Onn S )

B0 = nb+( n/) d =5 x7 +( 5 - 2= 3r2 ()

代入上式可得:

E0 =55 +7.4 + =62.41(m)

2X9.8X [(55+7.4)x43r

收缩断面处的河道宽度B0 = Be =43(m),则收缩断面处的单宽流量 qc =Q/Be =1400/43

=32.56(m3/(Sr))

坝面流速系数半=1-0.015 p/H =1 —0.015x55/7.4 =0.885

收缩断面水深的计算公式为

经迭代得hc =1.061(m)

he的共轭水深为:

he'今卜8話"譽(卄91^"13.758何

下游水深ht =110-100 =10(m)。因为n <13.758(m)，所以产生远离式水跃，故需要

修建修建消力池，或修建消力坎。

2.设计消力坎式墙高

墙咼计算

(1) 先假设消力墙坎处为自由溢流14002

qe2 EEJgne2 (式 11-2)

32. 56 62.铝he+石話希沁+^^69.6

基本公式为 C=bjhe'牛 2 qe 2

_ ( qe 3)

2gpjhe r 订阿) (式 11.3)

水力分析与计算

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此时，bs =1，又m=0.42，巧=1.05，代入上式得:

C =1.05 1 3.758'' 3 2.56 32.5 6 2g ( 1.05 1 3 2f518^)0.4^^9 .8 )m7.89()

验证消能墙上的流态:

2

H10'"jhc Jc' + qc

2g^jhc'')2

=1. 05 “8 72^ 32. 56

(1.^5 1 3. 758)

=6. 8m(

hs ht -c

H10 H 10 6. 7 4 1^8=9o. 3^2 0.,4属于自由出流，说明假设正确。即计算的

墙高也正确，但需要检查消能墙后的底流衔接形式。

(2) 消力池后底流消能衔接形式的判别

这时消力墙前的总能量为

2 qc EZygejhJ)

Mjhc 2g(bjhc'')2

32.562 "j05^13.785 中 2 X 9.8X (1.05X 13.785)2

= 14.47+0.26

= 14.73(m)

经迭代计算得h" =2.32(m)

收缩断面的共轭水深hc1''= Y(J1+8^^-1)

ghc1

2.3勺1+8； 32.56 2

=8. 561() 9. =8 2.332 1 ) 水力分析与计算

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因为hj'

(3) 消力池池长的计算

自由水跃的长度 Lj =6.9(hc” —ho) =6.9x(13.785—1.061) =87.8(m)

消力池长度 LB =0.75L =0.75x87.8 = 65.85(m)

J

【Excel迭代计算】

由以上计算步骤可以看出，计算过程较繁琐，涉及到收缩断面水深的迭代求解， 池

深计算等复杂的计算过程。使用 Excel计算软件进行计算，可大大加快计算速度。

按照消力坎式消力池的计算思路，在 Excel表格中编制相应的计算程序，如图11-1

和图11-2所示。

图11-1和图11-2所示的表格，使用时应注意的问题:

注1:表格使用方法：1.橙色区域对应的参数为基本参数值， 需人工输入具体数值; 绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果，切勿人工输入数值。

注2:若D13单元格中显示“否，不需修建消力池”，则无需进行消力池的水力计 算。

注3:①“试算消力坎高度C” 一栏为是在折线实用堰淹没溢流的条件下，对消力

坎的高度重新计算，当在橙色区域输入第一个试算高度后，可得到其后一差值为 0.1的

等差数列；②判断试算结束的精度默认为 2%,若改变精度，需调整单元格 F22:F31的

程序。③E8 “消力高度C取值”为符合试算精度要求的多个假设坎高的平均值。

水力分析与计算

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清力坎式清力池水力计算

=、基本参敎

喔上术头HGI) 上游理高P(詁 流童Q (m%) 下游水深h, (m) 坝面極荼数也 臧实用堪坝面流 速磁e

化4 55 L400 10.0 0.S35 0.9

折娃形其用流 员系鼬n 水跳滝役杀数 也长计a系数F g

T~0■引 iWL^n 审孔净宽h(H) 闸飙厦度d 4)

0. 42 1.05 0.76 5 2

二«證羡数计韓结黑 五、?0力坟高度计肉

闸门总应度

Biotn) 单血満®q

It)) 上葡行世抵W

tn/s) 上ffif总水头Eo(n] 汨力坎高度C販值E

43.0 32.50 6 52 62.41 7.39

J

1

三■判斷是否修建特力池 A.消力池池铁计算

收缩水深加 WiHffi共观水 裸he/ (d 下淋水跃殛式 是否需要修建消

力池 消力池能长5取11取值(2

1.061 13. 75a 远趋式水跃 是，需要修潼甫

力池 05, 70 A B D E F

2

10

11

12

13 3

4

B

9 5

G

15 淹没系数“ 折线形买用晅掩

上总水头比山】 消力坎高度c(a 买用嗯出流淹没

高度％ (n) 5 消力坎 城形式

10 1 6.743 7.SS3 2.107 0.312 自由溢流

1? 怡况一，展自由案殓.请橙鉴是否需碗第二坟^0力K

IS 实用堰下游收谿

水深hu fn) H備斬而共观水

深hj (m) 汨力坎后的忒跌

刑式 是否需要修逹第

二道消力坎

19 Z 322 E. 561 淹没式术斎 不需榕毘第二道

消力坎

21

22

23

24

26

站

27

23

29

X

31 试聲消力坟咼度 帳上总水头Hl/

(n) m度也(II) 俺没系救©y 单宽凝封(*7(s

n)) 是否齿所求高度

C橢度渊)

6.5 8. 20 3.60 1.010 44.131

as 已LO 3.40 L017 43*623 否

6.7 8. 00 3.30 1.025 43.153 否

6.3 7H 90 3H2O LOW 42*723 否

s.g 7. BO 3.10 1.0^4 42. 325 否

T+0 7H VO 3.00 1.055 41,963 否

7.1 7. SO 2.90 1.0S3 41,652 否

T+2 7. SO 2.30 1.033 41. aai 否

7.3 T. 40 2. TO 1.099 41, 153 否

7. 30 2.SO 1.113 40.昭 6 否

11-1挖深式消力池excel计算表(工作簿01) 四、消力坎高度计算 14

20 E自由蛊SS, e琴若惜况一 水力分析与计算

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图11-2挖深式消力池收缩水深 he excel计算表（工作簿02）

注意：橙色区域对应的参数为基本参数值，需人工输入具体数值；绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果, 切勿人工输入数值!2 假设池葆；CnC） 0

3

忙般值 计算结果

4 第1!5：迭代 Q, 0W 1.052

5 第嗽迭代 1.052 1伽

6 第数迭世 1.061 kO&L

7 第妙a代 L.061 1.0&L

S 第救迭代 L.061 1.061 Ee H, 705

迭代次数 乂憾值 计算结果

C. m £.131

第澈迭代 2,131 2. 304

笫数迭世 2. 304 Z 320

第歙逸代 2. 320 2. 322

第救迭代 玄 322 1 2.322 A C

1.收编朋澤E迭代 E F G

氐笫一道消力欣后的收编术译晦（e设池澤O