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1、4 有压隧洞水力计算实例,一、资料及任务 某水库的有压泄洪隧洞，由进口喇叭段、进口闸门段、进口渐变段、洞身段、出口渐变段、出口闸门段、扩散段和消力池段所组成，如图4-1所示。初步拟定隧洞各部分尺寸如下：隧洞进口为两个高7.58米、宽3.8米的矩形断面，进口断面与水平面的夹角;进口处设有拦污栅，栅条横断面为矩形（宽度=1厘米，高度=5厘米），栅条间净距=5厘米；,进口闸门段的断面为两个高2.8米，宽 1.75米的矩形断面，该段并设有检修隧洞的平面闸门；洞身段断面直径=3.5米的圆形断面，该段底坡i1=0.00417；进口闸门段与洞身段之间用进口渐变段连接；出口闸门段的断面为两个边长1.75米的正
2、方形断面，并设有控制隧洞流量的平面闸门；洞身段与出口闸门段之间用出口渐变段连接；扩散段的断面为矩形，底宽由4.7米增至12.7米，,前段为8米水平段，后段为底坡i2=0.2的斜坡段；消力池断面为矩形，底宽为12.7米；各段长度及高程见图4-1。隧洞洞身用钢筋混凝土衬砌，糙率=0.014。水库设计洪水位为124.48米，相应的隧洞设计流量Q=108米3/秒，相应于设计流量的下游水位为94.47米。,当隧洞闸门全开，要求：1.核算库水位为设计洪水位时，隧洞能否通过相应的设计流量；2.绘制库水位与隧洞流量关系曲线；3.当隧洞通过设计流量时，绘制隧洞的总水头线和测管水头线；4.按设计流量进行隧洞出口的
3、消能计算。,隧洞水头H=水库设计洪水位出口洞顶高程=124.48（95.54+1.75）=27.19米,二、核算库水位为设计洪水位时，隧洞能否通过相应的设计流量,因下游水位为94.47米，低于隧洞出口底部高程95.54米，隧洞水流为自由水流。,有压隧洞自由出流的流量按下式计算：,Q=c（2gH0）1/2,因隧洞上游为水库，故v00，则隧洞总水头 H0H=27.19米,因隧洞上游为水库，则隧洞总水头H0H27.19；隧洞流量系数按下式计算：,因,则,取。于是得,为管道出口断面面积;,i、i、i、di、li分别为任意管道的断面面积、沿程阻力系数、局部阻力系数、管径、管长。,1.拦污栅：栅条横断面为
4、矩形，宽度b=1厘米，高度l=5厘米，又栅条间净距s=5厘米，则 按 及 值4.1由表查得拦污栅倾角 时的局部阻力系数。因本隧洞拦污栅倾角，其局部阻力系数,先确定隧洞各局部阻力系数：,=90sin=0.364sin6723,=0.336,2.进口：进口为喇叭形，由表4.1查得3.进口闸门槽：对于平面闸门门槽，由表4.1取4.进口渐变段：进口渐变段断面由矩形变为圆形，其局部阻力系数尚无法确定，先参数其它同类工程的试验资料，取,由表 4-2得 0.00384(li/R3/4)(/i)2=0.5006 i(/i)2=0.2387,5.出口渐变段：出口渐变段断面由圆形变为矩形，其局部阻力系数亦参考同类
5、工程的试验资料，取,6.出口闸门槽：出口闸门槽亦为平面闸门槽，。隧洞各段的 0.00384(li/R3/4)(/i)2 及i(/i)2 值的计算成果列于表4-2。,可见图4-1拟定的隧洞尺寸可以满足通过设计流量的要求。,则隧洞流量,则保证隧洞为有压流的最低库水位为 1.5d进口洞底高程=5.2596.0=101.25米,三、绘制库水位与隧洞流量关系曲线,保证隧洞为有压流的最小洞前水深为 1.5d=1.53.5=5.25米,或 Scr=cv(d)1/2 c为经验系数(0.55-0.73),取c=0.55;v为闸门断面的水流流速;d为闸门空口高度,d=2.8米。则 Scr=0.55108/(22.
6、81.75)(2.8)1/2=10.14(米),有压隧洞的流量按下式计算：(),在库水位为101.25米以上设一系列库水位，计算一系列相应的流量Q，计算成果列于表4-3的数据绘制库水位与隧洞关系曲线于图4-2。,四、绘制通过设计流量时的隧洞总水头线和测管水头线 按隧洞通过设计流量计算各段的流速水头和水头损失，其中沿程总水头损失 局部水头损失 计算成果列于表4-4.按下式核算计算成果：,计算的H与通过设计流量时的水头H=27.19米甚为接近，说明计算成果正确。按表17.15的数据绘出隧洞总水头线与测管水头线于图17.11.五、按设计流量进行隧洞出口消能计算 隧洞按下列数据进行消能计算：流量 下游水位为94.47米；隧洞出口断面水深；隧洞出口断面流速水头；隧洞出口底部高程为95.54米；下游河底高程为90.87米。,（一）判别下游水跃形式 隧洞出口断面总水头 扩散段末端单宽流量 临界水深,近似按实用堰上闸孔出流的情况由表10.1查得斜坡扩散段的流速系数。按 及 值由附录图解查得，则 下游水深 因，下游发生远离水跃，应做消能工。现拟做消力池。（二）求消力池深度,按，及 值由附录图解查得，则池深采用。（三）求消力池长度 按 及 值由附录图解查得，则,水跃长度则池长采用。,
