Excel水力計算展示——閘孔出流水力計算設計

1、Excel水力計算展示之專題9. 閘孔出流過流能力計算實際工程的水閘，閘底坎一般為寬頂堰和曲線型實用堰，閘門類型主要有平板閘門和弧形閘門。閘孔出流的形式有自由出流和淹沒出流兩種。如下圖所示 圖9-1 閘孔自由出流 9-2 閘孔自由出流 9-3 閘孔淹沒出流判別標準分別為：當時，下游發(fā)生遠離式水躍或臨界式水躍，此時閘孔出流為自由出流；當時，下游發(fā)生淹沒式水躍，此時的閘孔出流為淹沒出流。其中，為收縮斷面水深的共軛水深，為下游水深。1.自由出流對于自由出流，其計算公式如下 （9-1）式中：為過堰流量，m3/s；為閘孔出流的流量系數；為閘孔凈寬，m；為閘門開度，m； 為閘前總水頭，m。對于平板閘門，流

2、量系數可用下式計算 （9-2）應用范圍： 。對于弧形閘門，流量系數可用下式計算 （9-3）為閘門下緣切線與水平線的夾角，適用于： ， 。2.淹沒出流由上面分析可以看出，閘孔淹沒出流的條件為。當閘孔為淹沒出流時，泄流能力比同樣條件下的自由出流小，在實際計算時，是將平底閘孔自由出流的式（91）右端乘上一個淹沒系數，即： （94）式中 ：淹沒系數，可由及可查圖9.4得到，為閘上、下游水位差。圖9-4閘孔出流的淹沒系數【工程任務】矩形渠道中修建一水閘，閘底板與渠底齊平，閘孔寬等于渠道寬度為3m，閘門為平板門。今已知閘前水深為5m，閘孔開度為1m。求下游水深為3.5米時通過閘孔的流量?！痉治雠c計算】因為

3、， 故為閘孔出流 判別閘孔出流的性質：，查閱相關規(guī)范得：，則收縮水深m收縮斷面的共軛水深，由下式計算 收縮斷面的流速 若忽略行近流速的影響，則 m/s收縮斷面的共軛水深 m因為 mm故閘孔為淹沒出流，流量根據式（91）計算。查圖9.4可得淹沒系數，所以閘孔出流流量為m3/s【Excel迭代計算】以上對流量的迭代計算過程較繁瑣，需重復多次使用流量公式，使用Excel計算軟件進行迭代，可大大加快計算速度。按照閘孔出流的計算思路編寫excel的計算程序，如下圖所示。表9.1 閘孔出流計算表ABCDEFG1閘孔出流水力計算2上游水頭H(m)閘孔開度e（m）閘門相對開度e/H判斷是否為閘孔出流閘門寬度b

4、（m）下游水深ht（m）垂直收縮系數2（根據相對開度查表）3510.2是33.50.624流量系數收縮流速v（忽略行進條件）（m/s）收縮水深hc（m）躍后水深hc"(m)是否為淹沒出流 淹沒系數s（自由出流為1）流量Q（m3/s）50.565 9.018 0.620 2.913 是0.7212.08 計算的Excel公式如表9.2。表9.2 閘孔出流能力Excel計算公式序號名稱Excel公式水力計算公式1閘門相對開度e/HC3=B3/A32判斷是否為閘孔出流D3=IF(AND(C3<=0.65,C3>=0.2),"是","否")

5、3流量系數A5=0.6-0.176*C34收縮流速v（忽略行進條件）（m/s）B5=A5/G3*SQRT(2*9.8*A3)5收縮水深hc（m）C5=G3*B36躍后水深hc"(m)D5=C5/2*(SQRT(1+8*B52/(9.8*C5)-1)7是否為淹沒出流E5=IF(D5<F3,"是","否")8流量Q（m3/s）F5=F5*A5*E3*B3*SQRT(2*9.8*A3)【編寫計算程序時需要注意的問題】正確使用常用的計算函數。表示加“+”，減“ ”，乘“ *”，除“ /”，開平方“sqrt( )”，冪函數“ab”(即a的b次冪)等

6、的函數，都要嚴格符合Excel計算程序的要求。否則，錯一個符號，都可能導致計算的錯誤。尤其需要注意的是，乘號“*”在任何時候都不能省略。思路要清晰，“（）”要對稱。在Excel計算程序中，需用括號之處一律用小括號，沒有中括號和大括號的使用。在編寫時，務必保證“（）”的左右對稱，使用得當。合理布置表格結構。在編寫程序前，應在工作薄中合理布置“已知條件”和“計算程序”的位置，一般條件下，將已知的參數“已知條件”集中放在一個區(qū)域，將計算的過程集中放在一個區(qū)域，計算過程按試算思路的順序進行。絕對單元格的的引用?！耙阎獥l件”中的部分數據，在“計算過程”的每一個試算過程都要用到，應進行絕對化單元格，才能保證在下拉時這些單元格參與到每個試算過程的計算。絕對化單元格的符號“$”，如“$B$4”。使用IF函數判斷閘孔出流的類型等，IF函數的基本形式為“IF(條件，符合條件輸出的數據，否則)”?！?/p>