水利工程设计常用计算公式
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水利常用专业计算公式
一、枢纽建筑物计算
1、进水闸进水流量计算:Q=B0δεm(2gH03)1/2
式中:m —堰流流量系数
ε—堰流侧收缩系数
2、明渠恒定均匀流的基本公式如下:
流速公式:
u=Ri
C
流量公式
Q=Au=A Ri
C
流量模数
C
K=A R
式中:C—谢才系数,对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定,即
C =6/1n 1R
R —水力半径(m );
i —渠道纵坡;
A —过水断面面积(m 2);
n —曼宁粗糙系数,其值按SL 18确定。
3、水电站引水渠道中的水流为缓流。水面线以a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。求解明渠恒定缓变流水面曲线,宜采用逐段试算法,对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。逐段试算法的基本公式为
△x=f
21112222i -i 2g v a h 2g v a h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+ 式中:△x ——流段长度(m );
g ——重力加速度(m/s ²);
h 1、h 2——分别为流段上游和下游断面的水深(m );
v 1、v 2——分别为流段上游和下游断面的平均流速(m/s );
a 1、a 2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数;
f i ——流段的平均水里坡降,一般可采用
⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-2f 1f -f i i 21i 或⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=∆=3/4222224/312121f f v n R v n 21x h i R 式中:h f ——△x 段的水头损失(m )
; n 1、n 2——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数,当壁面条件相同时,则n 1=n 2=n ; R 1、R 2——分别为上、下游断面的水力半径(m );
A 1、A 2——分别为上、下游断面的过水断面面积(㎡);
4、各项水头损失的计算如下:
(1)沿程水头损失的计算公式为
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+∆=3/4222223/412121f v n v n 2x h R R (2)渐变段的水头损失,当断面渐缩变化时,水头损失计算公式为:
L f 2122c f c i g 2v g 2v f h h h -+⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=+=ω 5、前池虹吸式进水口的设计公式
(1)吼道断面的宽高比:b 0/h 0=1.5—2.5;
(2)吼道中心半径与吼道高之比:r 0/h 0=1.5—2.5;
(3)进口断面面积与吼道断面面积之比:A 1/A 0=2—2.5;
(4)吼道断面面积与压力管道面积之比:A 0/A M =1—1.65;
(5)吼道断面底部高程(b 点)在前池正常水位以上的超高值:△z=0.1m —0.2m ;
(6)进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比:l/P=0.7—0.9;
6、最大负压值出现在吼道断面定点a 处,a 点的最大负压值按下式确定:
γανp *
w 2
0a h g 2h h -+++Z +∆Z =∑、B
式中:Z —前池内正常水位与最低水位之间的高差(m );
h 0—吼道断面高度(m );
∑w h —从进水口断面至吼道断面间的水头损失(m ); γ/p *—因法向加速度所产生的附加压强水头(m )。
附加压强水头按下式计算: ⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=200020*2h 1g 2/p γγνγ 式中:0γ—吼道断面中心半径(m )
计算结果,须满足下列条件:
v a a h h h -≤、B
式中: h a —计算断面处的大气压强水柱高(m )
; H v —水的气化压强水柱高(m )
最小淹没深度S ,可按下式估算:
0075.1~1h /γF S )(=
式中:0γF —吼道断面的水流弗劳德数,000gh /V F =γ。
虹吸的发动与断流宜选用以下的几种装置和方法来实现:
(1)用真空泵抽气发动,可根据设计条件和工况做设备选型;
(2)自发动;
(3)水力真空装置;
(4)水箱抽气装置。
断流装置常采用真空破坏阀。在已知h B 、a 值时,真空破坏时的瞬间最大进气量可按下式估算:
a a
a gh 2、B Q ρρμω= 式中:μ—真空破坏阀系统的流量系数;
a ω—真空破坏阀的断面面积(㎡);
a ρρ、—分别为水河空气的密度。
7、水库蓄水容积
1、总库容估算公式
(1)根据库区尺寸初佑: V=BLH/K
V —水库总库容,104·m 3
(万立米)。
B —坝址处的河谷宽度(相当于坝顶的部仪),m 。
L —蓄水后库区延伸长度(回水长度),km(公里)。
H —最大坝前水深,m 。
K—按库尾蓄水断面与坝址蓄水断面之比采用的系数: l:lO时,K=32;1:5时,K=27 (2)根据淹没面积初估: V=HA/K
V—水库总库容,104·m3(万立米)。
A—库区最大水面面积(淹没面积),亩。
K—按以下原则采用的系数:
库底平坦 K=25~30,库底坡度陡 K=30~38
2、有效库容估算公式: V=ChoF
V—水库有效库容,104·m3(万立米)。
ho—多年平均径流深(查《水文手册》),mm(毫米)。
F—水库集雨面积(流域面积),km2(平方公里)。
C—按以下原则采用的系数:
水库为不完全年调节 C=O.2~0.4
水库为完全年调节 C=O.5~1