水力學(xué)計(jì)算說明書

1、水力學(xué)計(jì)算說明書水力學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)計(jì)算書指導(dǎo)老師：柴華.、/-X-刖H水力學(xué)是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它以水為主要對象研究流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以及流體與邊界的相互作用，是高等學(xué)校許多理工科專業(yè)的必修課。在自然界中，與流體運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的力學(xué)問題是很普遍的，所以水力學(xué)和流體力學(xué)在許多工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。水利工程、土建工程、機(jī)械工程、環(huán)境工程、熱能工程、化學(xué)工程、港口、船舶與海洋工程等專業(yè)都將水力學(xué)或流體力學(xué)作為必修課之一。水力學(xué)課程的理論性強(qiáng)，同時(shí)乂有明確的工程應(yīng)用背景。它是連接前期基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁。課程教學(xué)的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握水力學(xué)的基本概念、基本理論和解決水力學(xué)問題的基本方法，具備一定的實(shí)驗(yàn)

2、技能，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際中有關(guān)水力學(xué)問題的能力。水是與我們關(guān)系最密切的物質(zhì)，人類的繁衍生息、社會(huì)的進(jìn)化發(fā)展都是與水“唇齒相依、休戚相關(guān)”的。綜觀所有人類文明，幾乎都是伴著河、海而生的通過學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)，應(yīng)用水力學(xué)知識(shí)，為以后的生活做下完美的鋪墊。4 / 16任務(wù)二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲線形式，考慮高速水流摻氣所增加的水深，算出陡坡段邊墻高。邊墻高按設(shè)計(jì)洪水流量校核；繪制陡坡縱剖面上的水面線。任務(wù)三：繪制正常水位到汛前限制水位"相對開度“下泄流量的關(guān)系曲線；繪制汛前限制水位以上的水庫水位、下泄流量的關(guān)系曲線。任務(wù)四：溢洪道消力池深、池長計(jì)算：或挑距

3、長度、沖刷坑深度和后坡校核計(jì)算任務(wù)二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲線形式，考慮高速水流摻氣所增加的水深，算出陡坡段邊墻高。邊墻高按設(shè)計(jì)洪水流量校核；繪制陡坡縱剖面上的水面線。1.根據(jù)100年一遇洪水設(shè)計(jì)，已知駝峰堰上游水位25.20,堰頂高程18.70,堰底高程為17.45,計(jì)算下游收縮斷面水深hc,P=18.70-17.45=1.25mH=25.20-18.70=6.5mP/H=l.254-6.5=0.19<0.8為自由出流m=0.32+0.171(P/H)637二0.442設(shè)HlH,由資料可知溢洪道共兩孔，每孔凈寬10米，閘墩頭為圓形，敦厚2米，邊墩圍半圓形，混凝土糙率為0.01

4、4.故查表可得：Co=0.45Ck=0.7e=1-0.2(鼠+(n-1)Co)XHo/nb=O.92Ho=(q/(em(2g)"0.5)23=6.77mE(產(chǎn)P+H()=6.77+l.25=8.02m查表的：流速系數(shù)巾=0.94水力學(xué)計(jì)算說明書根據(jù)公式Eo=hc+q2/2g4)：hc2-可求出hc=3.63mq=Q/B=633.84-22=31.69m7s則其共甄水深：”=%(1+8q2/gh/嚴(yán)-1)=5.92m水躍發(fā)生位置Lj=6.9(hc”-hc)=6.9X92-3.29)=18.15m>5m,故不發(fā)生水躍。2.臨界水深hk計(jì)算：根據(jù)矩形斷面渠道臨界水深hk的計(jì)算，其水面

5、寬度與底寬相等，B|JB=b,aQ2Ak3,2,3gBKb令夕=苧，則兒=，竺，q為單寬流量，a為動(dòng)能修正系數(shù)。所以：hk=4.68m平坡段水面曲線計(jì)算(1)判斷水面曲線的型式該段為平坡，收縮斷面hc=3.63,hk=4.68,屬于C區(qū)的水面曲線為CO型壅水曲線。(2)水面曲線計(jì)算以閘后斷面為控制斷面向下游推算。將渠道分為4段，已知1-1斷面水深hl=3.63米，假定h2=3.634米、h3=3.648、h4=3.642、h5=3.6455米,根據(jù)已知渠道全長(即L=5m)。將上述成果繪于圖上聯(lián)起來就得到水面曲線。具體計(jì)算結(jié)果如下：取1-1和2-2為例計(jì)算，上游斷面l-lhi=3.63米Ai=

6、bhi=3.63X20=72.6m2vi=Q/Ai=633.8/72.68=8.73(a=l)Esi=hl+vi2/2g=3.63+8.732/(2X9.8)=7.518m同理，可算出h2=3.634m,A2=72.68m2,v2=8.72nr/s,Es2=7.514AEs=-O.0046計(jì)算平均水力坡降V211J=1/2*(J,+J2)J=計(jì)算=27,268,&=2.665,C2=*2.6656£o0046同理：Ji=0.003489J=1/2(Ji+J2)=0.0348AL=:=131YAL«5m.其他斷面如表所示i一J-0.00348-精螂浙醐嶙Hh(r)bf

7、a)財(cái)2)血瑜C(ft0.5/s：“點(diǎn)）J/猊4典AK*srEsiJHJ伽i<Al=AEs/irD汴L3.632072.5收62.66324虬5皤N而0.0089U8O8L518O也則5粗20.003090.0I3W31,3。2MH靦3腳72.6821.2682M90,5781898.WQM3O3.ML51W1.3DM-D.0M52T210.0034119090.0D3H21.3039543?筒翹3,638花76幾2762.6675590,5889698.110831娜623.87135521.50915522.6111386-0.004499130.003W1-0.0DM1.30013

8、5931H靦3眥?2M21,2842翻90,6011338.10126M0期剛3.862856T.M3.9118546-O03910.0034W0.00K51,倒硼!1M靦通72.9121,2912.6715890.6111658.69明。刖涮5建讖21.50094225網(wǎng)珈7神以圖可知5-5斷而水深可得為3.646m依據(jù)斷面數(shù)據(jù)，畫出水面曲線圖，如圖所示14 / 16陡坡段水面曲線計(jì)算(I：10)1. (1)試算法和圖表法求正常水深試算法。假設(shè)一系列的正常水深h。值，代入天然河道公式Q二AC后，計(jì)算出相應(yīng)的流量Q值。根據(jù)水深和流量值繪出h°Q關(guān)系曲線，然后根據(jù)已知流量Q,在曲線上查

9、出需求解得天然河道水深ho.求h0,hk,判別水而線類型。設(shè)h0=2.49,2.485,2.475,2.465,2.45.,分別計(jì)算出相應(yīng)的面積A,濕周X,水利半徑R,謝才公式C及流量Q值，見表。水深試算1ho (m)A(m:)%(m)2. 4954. 7826. 982. 48554. 6726. 972.47554.4526.952.46554.2326.932.4553.926.9Q= VRi(m3/s) 642. 5361239 639.6710004 633.9601409 628.2751439 619. 7961729R(m)2.0303932.0270672.0204082.0

10、137392.003717C(m17s)26.0306825.9880425.9026725.8171725.68869由表數(shù)據(jù)繪出hoQ曲線，如圖所示。根據(jù)設(shè)計(jì)流量Q=633.8m力，在曲線上差的渠道正常水深ho=2.474m臨界水深令4=號(hào)，則竺一,q為單寬流量，a為動(dòng)能修正系數(shù)。所以：h*(q7g)39m。H-Q曲線圖642.5361239639.6710004633.9601409628.2751439619.7961729H-QHlakl(3)判斷水面曲線的型式hk>h>ho,渠道為陡坡，故水曲線為艮型降水曲線(4)水面曲線計(jì)算斷面為控制斷面向下游推算。將渠道分為4段，已

11、知1-1斷面水深hl=3.646米，假定h2=3.21米、h3=2.966、h4=2.775h5=3.633米,根據(jù)已知渠道全長(即L=20.1)<>將上述成果繪于圖上聯(lián)起來就得到水面曲線。具體計(jì)算結(jié)果如下：取1-1和2-2為例計(jì)算，上游斷面l-lhi=3.646米Ai=bhI=3.63X20=80.201nrv1=Q/Ai=633.8/80.201=7.9026(a=l)Es1=h1+v12/2g=3.646+7.92/(2X9.8)=6.83Im同理，可算出h2=3.21m,Az=70.62m2,v2=8.97nr/s,Es2=7.319AEs=O.4877計(jì)算平均水力坡降-V

12、2J=1/2*(J,+J2)7=計(jì)算/2=28.42,叫=2.4849,C2=89.52CjR同理：J1=0.002755J=1/2(J+J7)=O.OO34AL=0487=5.04VAL«20.12/?其他斷面如表所i-J0.0966乙施就浙就面蛾16“靦hb回kWWC(nO.S/sv(n/s)Jv2/2g(i)Mn)AEs=Es2-EslJR島)/2i-ril=AEs/(L-D汕1-1靦3.硼2280,20129.2912.138089Q,9跳367,期M0.0027553118631596,83590.W7218220.0033999030.09660015,雌福0912魏12

13、110.6228.422M89,52收90,0*451109531?1319537?5,岷陽1Q,4聊航910.009413D.0954059<1,821081754mi2.96665,2522T.9322.336183,6077999.713110.00510q,81349MIH9OT9,86995880.00572425T0.09421575,則38颯54T靦2.77561.0527.552.2159187,83157310,38170.00630415,498915?8.213915715.11翻0.467116510.00685340.09314365.0150163655-5靦

14、2.63357,92621.2662.1244887,2365021。醐50.000818.10803228.741032220.12936說0以圖可知5-5斷而水深可得為2.633m依據(jù)斷面數(shù)據(jù)，畫出水而曲線圖，如圖所示邊墻高計(jì)算：已知各斷面水深h、流速V、水利半徑R,查表可知摻氣水深系數(shù)k=0.005可求出個(gè)斷面邊坡局墻1T斷面高強(qiáng)計(jì)算:已知h尸3.646m、vx=7.902m7s>R尸2.738mB二1-=0.897641+A二gRha=3.6464-0.89764=4.54364P陡坡段邊墻高度要求比摻氣水深超高2nl故邊坡墻高度為：6.5m同理，可求出2-2、3-3,4-4&g

15、t;5-5斷面邊坡墻高度，如表所示：斷面h(m)A(m2)x(m)R(m)C(m*0.5/s)v(m/s)Ph墻1-1斷面3.645580.20129.2912.738076590.9838367.90264460.895766.541262-2斷面3.2170.6228.422.484869889.5242298.97479470.8580876.0680873-3斷面2.96665.25227.9322.33610288.6077999.71311220.8291545.7951544-4斷面2.77561.0527.552.21597187.83157310.3816540.801186

16、5.5761865-5斷面2.63357.92627.2662.124477487.21650210.9415460.7766945.409694陡坡段水面曲線計(jì)算（1：3.02）1 .（1）試算法和圖表法求正常水深試算法。假設(shè)一系列的正常水深兒值，代入天然河道公式Q二AC板，計(jì)算出相應(yīng)的流量Q值。根據(jù)水深和流量值繪出hoQ關(guān)系曲線，然后根據(jù)已知流量Q,在曲線上查出需求解得天然河道水深h（）.求h0,hk.判別水面線類型。設(shè)h0=2,1.9,1.897,1.85,1.8,分別計(jì)算出相應(yīng)的面積A,濕周求水利半徑R，謝才公式C及流量Q值，見表。水深試算2h0(m)A(m2)X(m)R(m)C(mx

17、7s)Q=VRi(m7s)244261.69230821.69625714.61741.941.825.81.62015520.77122635.93551.89741.73425.7941.61797320.74325633.64921.8540.725.71.58365820.3033598.39541.839.625.61.54687519.83173562.0565由表數(shù)據(jù)繪出hoQ曲線,如圖所示。根據(jù)設(shè)計(jì)流量Q=633.8m3/s,在曲線上差的渠道正常水深ho=1.896m臨界水深鼠二(q'/g)19.39m。H-C曲線圖H-Q 111(5)判斷水面曲線的型式因?yàn)榍罏槎钙拢?/p>

18、且鼠>h>h。,故水曲線為c。型降水曲線(6)水面曲線計(jì)算斷面為控制斷面向下游推算。將渠道分為4段，已知1-1斷面水深hl=2.633米，假定h2=2.3米、h3=2、h4=L8、h5=1.62米，根據(jù)已知渠道全長(即L=28.97m)<>將上述成果繪于圖上聯(lián)起來就得到水面曲線。具體計(jì)算結(jié)果如下：取1-1和2-2為例計(jì)算,上游斷面l-lhi=2.633米Ai=bhi=2.633X22=57.926m2V尸Q/AI=633.8/57.926=10.94(a=l)Esi=hl+vi2/2g=3.63+8.732/(2X9.8)=7.518m同理，可算出112=2.3ni,A

19、2=50.6m2,V2=12.5m2/s,Es2=10.3AEs=l.56計(jì)算平均水力坡降-V2J=1/2*(JI+J2)J=計(jì)算Z2=26.6,&=1.9,C2=85.6CR_£J56同理：Ji=0.0074J=1/2(Ji+J2)=O.O93AL=4.8528.97;?0其他斷面如表所示搬就橢鼬繳518ffih(n)bli)Eli)u冰)J加AEs-EsrES叫+JMi-rAl=AEs/(i-r)池卜崛22幾描21.2KIMi股膈0210.J115g.0074Dll劃腿2L5637M690.0090(L321B1LU959!.350.SIUijoa15.62517312.

20、5251amB,Q帆5i麗m卿E醐um0.3W2HUM1刈261.692318101腳91D.5O12.58621212.060HIIWK0.02U2加325L3512WhH1.833.i25.61.54681|W9915.0051I.0241SI81U6MI2UMIi岫機(jī)2.WS5030.0219010.30215159,就4681.6225.2(,m姆加M11.0噴陰918,13515娜觥2&9陶就BT以圖可知5-5斷而水深可得為1.62m依據(jù)斷面數(shù)據(jù)，畫出水而曲線圖，如圖所示邊墻高計(jì)算:已知各斷面水深h、流速v、水利半徑R,查表可知摻氣水深系數(shù)k=0.005可求出個(gè)斷面邊坡局墻1

21、-1斷面高強(qiáng)計(jì)算:已知hi=2.633m、vfIO.9m7s>Rf2.Im一二二0力1+Z二gRha=3.6464-0.77=3.4P陡坡段邊墻高度要求比摻氣水深超高2nl故邊坡墻高度為：5.4m同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5斷面邊坡墻高度，如表所示:斷面h(m)A(m2)x(m)R(m)C(m*0.5/s)v(m/s)Ph墻1-1斷面2.63357.92627.2662.124477487.21650210.9415460.7766945.4096942-2斷面2.350.626.61.902255685.62517312.5256920.7038285.0038283-3

22、斷面244261.692307783.97239414.4045450.6151754.6151754-4斷面1.839.625.61.54687582.72418916.0050510.5420364.3420365-5斷面1.6235.6425.241.412044481.47631417.7833890.4667054.086705綜上所述：兩陡坡相接及平坡與陡坡相接各斷面墻高分別為6.5m,5.4m及下游墻高4.1m.按千年一遇洪水流量校核，可得陡坡各斷而曲線圖如下：（方法與百年計(jì)算相同）一陡坡OWMK1152.5ffih(n)b(n)峋2)xto附C(i0.5/s7tfs)J典T-m

23、i<Al=4Es/(i-Il池，硼22機(jī)別29.觀2.M90.W69,歌加O.DO>015617阿郵喇就。，則2嗽10.095785?3,2261595682-2靦16.1228.92M320990,387158網(wǎng)otei4.88608368.4W163.2261586哪556860.0048925350.09500754.5318089933.2611.7228.522.5N1389,702616蝴5蒯U1O28,耐2TJ57姍60.005怖160.0015?5.6025995543.01冊倒28.14M001489,00808811.14150.00026.33336959.4

24、03369513.36。珊0.6256190460.0071602630.09281876.7401510555嘀面2融63酗2T捌麟9958MB61911,$273WW11ml20,100719刈二陡坡段猴就漸就醐贊752.5殖hh)b(n)xh)RMCW.5/3；V(i/s)JiEsEsfEsr=(j.wi-."Al=AEs/(i-DEAL1-18M2陽22263,他21.7842.2893588,31361911,8273D.DOTO7.1W510.QW1.639192320.009W0.32151625.09832014522驪2.5656.3221.122.016706.8

25、86(6813.3S120.0113879.108180811,6681815.09832032.3727D7M30.01182321036嫡1MM3-3H2.25as26.5I.BS19285.W15,202o.oim11.?M154088912,5802.6079158360.0203M0.31075728.39213414Tsit2.02414426小i.msi84,09022316,9329D.023159T14,62涮51S,«52段聊喊0.0272135320.3039123ins1.86240.m25.724L59244%廁nD.0306614ium19,0181922

26、KM235T如T一陡坡滲氣水深斷面h(m)A(m*2)x(m)R(m)C(m-0.5/s)v(m/s)Ph滲氣1-1斷面3.645580.20129.2912.738076590.9838369.3826760.8590764.5045762-2斷面3.4676.1228.922.632088590.3871589.88570680.8407364.3007363-3斷面3.2671.7228.522.514726589.70261610.4921920.8174284.0774284-4斷面3.0767.5428.142.100142189.00808911.1415460.7912183.

27、8612185-5斷面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.654389二陡坡滲氣水深斷h(m)A(m*2)x(m)R(m)C(m*0.5/s)v(m/s)Bh滲氣1-1斷面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.6543892-2斷面2.5656.3227.122.076696286.88646813.3611510.6951253.2551253-3斷面2.2549.526.51.867924585.3656615.202020.6130352.8630

28、354-4斷面2.0244.4426.041.706605284.09022116.9329430.5384492.5584495-5斷面1.86240.96425.72483.125441.592442918.3697880.4805022.342502依表可知，千年一遇滲氣水深均低于其相對應(yīng)邊墻高度如：一陡坡：hl滲=4.5m<hl墻=6.5,h5滲=3.65vh5墻=54二陡坡：hl滲=3.65mvhl墻=5.4,h5滲=2,3<h5墻=4.1,陡坡縱剖面上的水面曲線：任務(wù)三：繪制正常水位到汛前限制水位相對開度下泄流量的關(guān)系曲線；繪制汛前限制水位以上的水庫水位下泄流量的關(guān)系曲

29、線。1、閘孔出流計(jì)算已知斷而正常水位為24m,汛前限制水位為22.9m,現(xiàn)假設(shè)e/H=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6,當(dāng)e/H=0.1,Z=24時(shí)，H=24-18.7=5.3m故e=e/H*H=0.53mu0=0.685-0.19*e/H=0.685-0.19*0.1=0.666Q=uobey2gH=0.666X20X0.53XA/2*19.6=71.95253m3/s同理可算出水位23.8、23.5.23.2及22.9m時(shí)的下泄流量如表：”Z(m)e/HH(m)eUoQ(m3/s)240.15.30.530.66671.9525323.80.15.10.510.66667.9

30、184123.50.14.80.480.66662.0146223.20.14.50.450.66656.2925622.90.1.4.20.420.66650.7582正常水位到汛前限制水位相對開度下泄流量的關(guān)系曲線如圖所示。0.10.20.30.40.50.62471.95139.8203.54263.18318.71417.4523.867.92131.96192.13248.42300.84394.0523.562.01120.49175.43226.83274.69359.823.256.29109.37159.242205.9249.34326.6水力學(xué)計(jì)算說明書22.950.76

31、98.62143.58185.656224.83294.5Z-e/H-Q2、繪制汛前限制水位以上水庫水位下泄流量的關(guān)系曲線已知汛前限制水位為22.9m,水庫水位為26.3m,當(dāng)Z=22.9時(shí)，Ho=22.9-18.7=4.2mHP=18.7-17.45=1.25m故P/H=l.25/4.2=0.298>0.24以二0.414(P/H)m=0.414X(0.298)-°"=0.45當(dāng)P/H<0.24時(shí)，“=0.385+0.171X(P/H)0657e=l-0.2W盧(n-1)oH/nb=l-O.2X0.7+(21)X0.45X4.2+2+10=0.952因?yàn)橄掠嗡槐妊唔數(shù)偷亩啵瑧?yīng)為自由出流，故8尸1.0Q=52smoB77H3Z2=1.0X0.952X0.45X20X72x9.8X4.25：=326.5m7sZ-Q曲線圖Z-Q的線圖同理可求出當(dāng)Z=23.5、24.5.25.5.26.3m時(shí)的下泄流量，如表:ZHP