1泄水建筑物消能剖析
泄水建筑物消能,天然河道中的水流多为缓流。当修建闸、坝等泄水建筑物后，下泄的水流具有很高的流速，动能很大。因此，需要修建泄流及消能措施。,设单宽流量：,水头：,则单宽河床上的能量为：,选择及设计适当的消能措施，使在下游较短距离内消除余能，并使下泄的高速水流安全地转变为下游的正常缓流，保证建筑物安全。,泄水建筑物下游水流的消能方式,葛洲坝底流消能,新安江挑流消能,富春江面流消能,底流式消能,底流式消能，是指在建筑物下游采取一定工程措施， 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以达到消能的目的。,多用于水闸、中小型溢流坝或地质条件 较差的各类泄水建筑物。,挑流式消能,挑流式消能，是利用下泄水流所挟带的巨大能量，因势利导将水流挑射至远离建筑物下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物安全。,多用于中高水头泄水建筑物。,面流式消能,当下游水深较大而且比较稳定时，可采取措施将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部旋滚隔开，避免高速主流对河床的冲刷。由于衔接段中高速主流位于表层，故称面流式消能。,多用于河床防冲能力较差情况。,综合式消能,消能戽：底流+面流消能,泄水建筑物下游收缩断面水深的计算,底流消能的收缩断面水深计算,设流速系数,对矩形断面：,因此，计算 hc 需进行试算。,例 某分洪闸如图所示，底坎为曲线型低堰，泄洪单宽流量qc=11m3/s·m，流速系数=0.90。计算其下游收缩断面处的水深hc。,解：,其中：,。,取01，则,已知 =0.90，故有,可采用试算法、迭代法或图解法计算 hc,依题意有：,hc=1.127m,泄水建筑物下游水跃的位置与形式及其对消能的影响,水跃发生的位置取决于坝趾收缩断面水深 hc的共轭水深hc”与下游水深ht的相对大小。,临界式水跃,远驱式水跃,淹没式水跃,淹没系数：,上述水跃位置与形式判别方法对闸孔出流情况仍然适用。,从消能效果看：,(2)临界式水跃所需护坦长度虽然较短LK=Lj，但这种 衔接极不稳定。,(1)远驱式水跃最为不利。因为在远驱式水跃条件 下，所需护坦长度为：,控制水跃位置的工程措施消能池的水力计算,降低护坦高程所形成的消能池,粗略估算时，可采用：,19,池深 d 的计算公式 :,d =j hc1(ht+z),池深 d 的近似计算公式：,(2)消能池长度LK的计算,(3)消能池设计流量的选择,消能池建好后，需要在不同流量情况下工作。因此， 需要选择一个设计流量作为代表。 消能池长度的设计流量应为建筑物通过的最大流量！,2、在护坦末端修建消能坎所形成的消能池,某 WES 堰顶设计水头Hd = 3.2 m，设计水头下溢流堰流量系数 md = 0.502, 流速系数 为0.95，上下游堰高均为 30 m,下游水深 ht = 4.6 m。,（1）不考虑侧收缩影响，求通过溢流堰的单宽设计流量q ；,（2）判断通过设计流量时，堰下游水流衔接形式，若需要建消能工，则进行挖深式消能池的水力计算。,解题步骤,因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流。取淹没系数s= 1.0 。,于是,计算临界水深 hk,计算以下游收缩断面底部水平面为基准的总水头E0,采用迭代法计算得到 hc0.517m,由水跃方程计算hc的共轭水深hc,因为hc= 7.55 m ht= 4.6 m ，故溢流堰下游为远驱式水跃衔接，需要修建消能池。,现根据题意要求设计一降低护坦高程的消能池。,首先按池深近似公式估算池深大小，并取淹没系数j 为1.05, 即,d估= jhc“ht = 1.05×7.55 m4.6 m = 3.33 m,设 d = 3.30 m。,消能池深度 d 的计算,接着计算护坦降低 d 值后的收缩断面水深 hc1。,从图知 = E0+ d = 33.2 m + 3.3 m = 36.5 m,由迭代法求得 hc1= 0.492 m,利用水跃方程求得hc1的共轭水深,下面，计算消能池出口处水面跌落z 。通过对消能池出口上游断面及下游断面建立能量方程推得,为消能池出口流速系数，一般取0.95。,于是,代入池深 d 计算式 有,小于前设的 d = 3.3 m。,又设 d = 3.25 m，求得相应的各值为,则 d = 1.05×7.76 m(4.6 + 0.29) m = 3.26 m,由此可见，d 计算值与假设值十分接近，故所求池深 d 为3.25 m。,3. 消能池池长Lk计算,Lk=(0.70.8) Lj,= 36.45 m ， hc1= 0.492 m = 7.76 m , z = 0.29 m,水跃长度 Lj 为,Lk=(0.7 0.8)×47.31m = 33.11 37.85 m,故取 Lk= 36 m,辅助消能工,消能墩,护坦下游的河床保护,挑流消能水力计算的内容：按已知的水力条件选定适宜的挑坎型式，确定挑坎高程、反弧半径和挑角，计算挑流射程和下游冲刷坑深度。,挑流消能,挑坎型式及尺寸的选择,挑坎高程、反弧半径、 挑角的确定,学海无涯,加油啊 !,
