石大水力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)14消能坎（墻）實(shí)驗(yàn)

（十四）消能坎（墻）實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?．通過獨(dú)立構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案與模型實(shí)驗(yàn)，掌握斷面模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法與實(shí)驗(yàn)技能。2．檢驗(yàn)已知條件下設(shè)置消能工的必要性。3．檢驗(yàn)現(xiàn)有消能坎高度設(shè)計(jì)方法的可靠性。4．觀察過坎水流現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖14.1所示，圖中寬頂堰更換成WES型曲線堰，并加設(shè)消能坎。圖14.1消能坎實(shí)驗(yàn)設(shè)備局部圖1．WES堰；2.可更換的不同尺寸的消能坎(C=3.5~4.2cm)本模型提供幾種不同尺寸可更換的消能坎，可按設(shè)計(jì)結(jié)果選用相近高的坎。拆除消能坎后，可進(jìn)行臨界水躍共軛水深的測量。模型堰上游高為15cm，消力池長為45cm。三、實(shí)驗(yàn)原理按實(shí)驗(yàn)要求，本實(shí)驗(yàn)需獨(dú)立構(gòu)思模型實(shí)驗(yàn)方案，包括下列兩個相關(guān)環(huán)節(jié)；一是據(jù)原型設(shè)計(jì)資料進(jìn)行原型消能坎水力設(shè)計(jì)；二是按重力相似準(zhǔn)則完成模型設(shè)計(jì)。有關(guān)公式如下：1．消能坎高的設(shè)計(jì)(14.1)(14.2)(14.3)(14.4)(14.5)以上各式中q為池深設(shè)計(jì)單寬流量，即q=qd1=Qd1/b。2．池長的設(shè)計(jì)(14.6)其中為相應(yīng)池長設(shè)計(jì)流量Qd2的臨界水躍躍后水深。3．模型比尺關(guān)系因堰壩溢流重力起主要作用，故模型按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。即(14.7)由此可得出各水力要素比尺與長度比尺λl有如下關(guān)系：(14.8)(14.9)(14.10)()四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1．根據(jù)原型資料，分析確定消能坎高設(shè)計(jì)流量Qd1和池長設(shè)計(jì)流量Qd2，并設(shè)計(jì)坎高C和池長LB（參見表14.2）。2．把原型參數(shù)（參郵表14.3）按100:1的比尺換算成模型參數(shù)。3．測記模型中的有關(guān)常數(shù)列于表14.4中。4．裝坎前先調(diào)控流量和尾門，使流量分別為、、和，使槽中形成臨界水躍，然后分別測定其、、和（若Q2、Q3、Q4中有與Qd1同值則可刪去），記入實(shí)驗(yàn)表14.5中，并與Q~ht曲線給定的相應(yīng)值比較，以檢驗(yàn)設(shè)置消能坎的必要性。5．裝上與模型設(shè)計(jì)高度相同的消能坎，調(diào)控流量Q=Qd1，然后調(diào)節(jié)尾門，使下游水位處于相應(yīng)于Qd1值。測記堰上游水位▽1和池末水位▽3（如圖14.1）。由此可算得，繪出流態(tài)圖。并依據(jù)下式確定實(shí)測的淹沒＇，并完成實(shí)驗(yàn)表14.4。6．調(diào)控流量和尾門，分別使實(shí)驗(yàn)流量為Q1、Q2、Q3相應(yīng)水位ht1、ht2、ht3以檢驗(yàn)在給定的流量范圍內(nèi)，本消能工的水力設(shè)計(jì)是否安全。完成表14.5。五、實(shí)驗(yàn)成果及要求1．按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行消能坎水力設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)，并作模型試驗(yàn)。要求檢驗(yàn)各水力工況坎后銜接型式。（參表14.5）。2．在模型試驗(yàn)中，將設(shè)計(jì)的坎高、池長、淹沒系數(shù)與實(shí)測的相應(yīng)值比較，以檢驗(yàn)消能坎水力設(shè)計(jì)方法的可靠性。（參表14.4）。3．整理記錄、計(jì)算表消能坎有關(guān)設(shè)計(jì)資料：實(shí)驗(yàn)臺號NO取WES堰的流量系數(shù)m=0.50。表14.1原型設(shè)計(jì)資料qmaxqminht1(q=qmax)ht2(q=qmin)ht3()(m3/s-m)(m3/s-m)(m3/s-m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)3020259.226.178.02133.5118.5119.5表14.2消能坎水力計(jì)算表q(m3/s-m)T0(m)h′co(m)h″co(m)ht(m)hs/h10σsC(m)qd1(m3/s-m)σ原型把以上設(shè)計(jì)結(jié)果換算成模型值填入表14.3。表14.3模型設(shè)計(jì)換算表λ1=100qd1T0h′coh″coht1Cσ原型設(shè)計(jì)(m·s)模型設(shè)計(jì)(cm·s)表14.4模型的測計(jì)表（表中單位為cm·s制，各水位均為qd1相應(yīng)）實(shí)驗(yàn)臺號No實(shí)驗(yàn)槽寬b=cm消能坎頂=cm三角堰流量公式Q=AHBcm3/sA=cmB=cm三角堰頂=cm三角堰水位=cm項(xiàng)目坎高C設(shè)計(jì)流量池長設(shè)計(jì)流量堰頂高程上游水位上游堰底下游堰底下游水深htqd1Qd1qd2Qd2設(shè)計(jì)值實(shí)驗(yàn)值項(xiàng)目下游水位坎高C池長LB流速系數(shù)T0h″co池水位坎前水深h′t淹沒度σ設(shè)計(jì)值實(shí)驗(yàn)值表14.5（單位為cm·s制）流量組設(shè)坎前設(shè)坎后Qh″coh′t銜接型式坎前銜接型式坎后銜接型式123六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論1、本實(shí)驗(yàn)的模型設(shè)計(jì)為何選用重力相似準(zhǔn)則而不選用阻力相似準(zhǔn)則？2、若消能坎下游為自由出流時，消能工應(yīng)如何設(shè)計(jì)？3、如何用實(shí)驗(yàn)方