水力学综合计算说明书
水力学综合计算说明书
学校：广东水利电力职业技术学院
系别：水利系
班级：施工监理2班
姓名：黄荣基
学号：110317211
指导老师：杨栗晶
目录
资料 (3)
任务一 (4)
1.水面曲线分析 (5)
(1)水平段（i=0） (5)
(2)第一陡坡段（i=0.258） (7)
(3)第二陡坡段（i=0.281） (10)
2.边墙高设计 (11)
3.校核 (13)
4.陡坡段纵剖面水面曲线图 (16)
任务二 (18)
1.绘制Z-e/H-Q关系曲线 (19)
Z-e/H-Q关系计算 (19)
2.绘制Z-Q关系曲线 (21)
3.绘制堰流Z~Q关系曲线 (21)
堰流Z~Q关系曲线图 (23)
任务三 (25)
溢洪道下游挑流式消能计算 (25)
任务四 (28)
输水涵管过流量计算 (29)
输水涵管过流量计算表 (30)
资料
某水库是一宗以灌溉为主、结合防洪、发电的综合利用工程。设带
平板闸门的宽顶堰开敞式河岸溢洪道。
1.水库设计洪水标准
工程等别为Ⅲ等，永久性主要建筑物为3级，永久性挡水建筑物、泄水和输水建筑物的洪水标准按50年洪水重现期设计，1000年洪水重现期校核。相应设计洪水标准为：
p= 2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m3/s；
p=0.1%校核洪水位为57.31米，泄量Q=313.60 m3/s。
1、正常水位为52.52m，泄量125.61 m3/s；汛前限制水位51.52米；输水涵管有关资料
输水涵管主管长147米，直径1.50米；灌溉支管长80米，直径1.00米；发电支管长47米，直径0.80米。涵管进口底高程34.50米，出口底高程34.50米；灌溉支管出口高程27.50米，下游尾水位30.40米。(糙率n=0.012) 局部水头损失系数：
⑴进口拦污闸ξ=0.693
⑵进口ξ=0.50
⑶弯管ξ=0.40
⑷渐变段ξ=0.25
⑸闸阀ξ=0.20
⑹闸槽ξ=0.10
4.其他资料
溢洪道下游河床高程为25.00米；
水库水位～容积～泄量关系（见表1）；溢洪道下泄流量～下游水位关系（见表2）；起挑流量为Q=37.23m3/s；河道糙率n=0.033；下游河道岩石软弱破碎，冲刷坑系数k=1.6;水库下游无防洪任务。
闸门运用情况：洪水来临，用闸门控制下泄流量等于进库流量，保持汛前限制水位不变；当闸门底提升到汛前限制水位51.52米时，闸门全开。
任务一：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量设计，校核洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面曲线。
计算原理（一）
方法：先根据水面曲线的性质判别各坡段水面曲线的型式，然后按50年一遇洪水流量。采用分段求和法计算各坡段水面曲线。在此基础上，考虑掺气水深（ν>7m/s 时）设计陡坡段边墙高（比掺气水深超高0.5米）。再按千年一遇洪水校核，即计算出校核洪水流量通过时陡坡段的水面曲线，将各断面水深与边墙高比较，若水深大于边墙高，则应加高边墙，若水深均小于边墙高，则原设计合理。
判别水面曲线型式：
正常水深0h 的试算：
i R n A Q 3
/2= x
A
R =
矩形断面临界水深 ： 3
2
g
q h k α=
已知该水库工程等别为Ⅲ等，永久性主要建筑物为3级，永久性挡水建筑物、泄水和输水建筑物的洪水标准按50年洪水重现期设计，1000年洪水重现期校核。相应设计洪水标准为：
（1)水面分析： p= 2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m 3/s ；堰顶设两扇平板闸门，溢洪道共设2孔，每孔净宽 6.6米,闸孔高度为3.85m, 从图中可以得知该泄洪闸的高程为49m.
因此 h=54.97-49=5.97（m) e=3.85(m) e/H=3.85/5.97=0.64<0.65，故为闸孔出流 查《水力学》书中得垂直收缩系数ε'=0.672， 所以
e h c ε'==0.672*3.85=2.595(m)
单宽流量q=Q/B=251.40/13.2=19.05(m 3/s)
则其的共轭水深：）181(23
2
-'+=''c
c c gh q h h α=2.59/2*（（1+8*1*19.052/（9.8*2.593））1/2-1）=4.33（m ）
假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj=6.9)(c c
h h -''=6.9*（4.33-2.59）=12.01（m ），但是在实际工程中一般认为h c 发生离闸门（0.5~1）e 的断面处，则实际水跃的位置为13.935m~15.86m <水平段长度（20.685m ），故发生水跃。
计算临界水深h k ：根据矩形断面渠道临界水深h k 的计算，其水面宽度与底宽
相等，即B=b=13.2m
==3
2
g
q h k α=32
9.8
19.05*1 3.33（m ）
a —为动能修正系数，一般取1.0 q —为单宽流量
水面类型：
根据以上条件，加上该段为平坡，h c =2.595m ，h k =3.33m ，h c 以闸后断面为控制断面向下游推算，将渠道分成5段。已知1-1断面水深h 1=2.595m ，h 2=2.625m ，h 3=2.638m ，h 4=2.668m ，h 5=2.693m ，根据已知渠道全长（即L=20.685m ），其中n 取0.015。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下： 取1-1断面和2-2断面为例计算，计算断面1--1=2.595m ，断面2--2=2.625m 下游断面 A 2=bh 2=13.2*2.625=34.65（m 2） V 2=Q/A 2=251.4/34.65=7.255（m 2） Es 2=h 2+ɑv 2/2*g=2.625+7.2552/(2*9.8)=5.31（m ） 上游断面 A 1= bh 1=13.2*2.595=34.188（m 2） V 1=Q/A 1=251.4/34.188=7.353（m 2） Es 1=h 1+ɑv 1/2*g=2.595+7.3532/(2*9.8)=5.349（m ） 则两断面的断面比能之差为 ?E S =E S2-E S1=5.349-5.31=0.039（m ） 计算其平均水力坡降J -，采用 J -=1/2（J 1+J 2),J=v 2 /(C 2 *R)计算 下游断面 X 2=b+2h 2=13.2+2*2.625=18.45（m ） R 2=A 2/X 2=34.386/18.41=1.878（m ） C2=1/n*（R21/6)=1/015*（1.8681/6)=74.05（m1/2/s） J2=v22/(C22*R2)=7.3112/(73.9832*1.868)=0.0051116851 上游断面X1=b+2h1=13.2+2*2.59=18.38（m） R1=A1/X1=34.188/18.38=1.86（m） C1=1/n*（R11/6)=1/0.015*（1.861/6）=73.931（m1/2/s） J1=v11/(C12*R1)=7.3532/(73.9312*1.86)=0.0053185685 平均水力坡降 J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.0053185685+0.0051116851）=0.005215127所以流段长度 ?L=?Es/（i-－J-）=0.039/（0-（-0.005215127））=7.30158701（m） 因为在图中可以得知该流段总长∑?L=20.685m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--1 由表可以得知5--5断面的水深为2.693m 陡坡段水面曲线计算 第一陡坡段（i=0.258） ①判断水面曲线型式 先假设一系列的正常水深h 0值，代入天然河道公式i R n A Q 3 /2=，计算出相应的流量Q 值。根据水深和流量值绘出h 0~Q 关系曲线，然后根据已知流量Q ，在曲线上查出需求解得天然河道水深h 0. 根据已知条件，用明渠均匀流公式进行试算，例 由 i R n A Q 3 /2= 其中面积 A=bh=14.6*0.62= 9.052（m 2） 湿周 X=b+2h=14.6+2*0.62=15.84（m ） 水力半径 R=A/X=0.072/14.12=0.571（m ） 谢才系数 C=1/n*（R^1/6)=1/0.015*(0.43^1/6)=60.73（m 1/2/s ） 流量 i R n A Q 2/3= =6.072/0.015*2/30.43*0.258^0.5=230.624（m 3/s ） 设h 0=0.62m 、0.64m 、066m 、0.68m 、0.7m 分别计算出相应的面积A ，湿周X ，水利半径R ，谢才公式C 及流量Q 值，如下表1--2。 第一陡坡正常水深试算表1--2 h （m ） A （m 2） X （m ） R （m ） C （m 1/2/s ） Q （m 3/s ） 0.62 9.052 15.84 0.571 60.73051569 211.0843577 0.64 9.344 15.88 0.588 61.02706207 222.1806902 0.66 9.636 15.92 0.605 61.31513596 233.4808168 0.68 9.928 15.96 0.622 61.59520257 244.9813086 0.74 10.804 16.08 0.672 62.39146205 280.6524623 由表数据绘出h 0~Q 曲线，如图1--1所示 如图所示。根据设计流量Q=251.40m3/s，在曲线上的渠道正常水深h0=0.692m 单宽流量 Q q b ==251.4/14.6= 17.219（m3/s） 临界水深 2 3 k aq h g ==3 2 9.8 17.219 =3.115（m） 因为h k > h>h , 而且渠道为陡坡,故水曲线为B 2 型降水曲线 断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=2.693米，假定h2=2.2.685m、h3=2.612m、h4=2.575m、h5=2.476m，根据已知渠道全长（即L=38.531m）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：取1-1断面和2-2断面为例计算，计算断面1--1=2.719m，断面2--2=2.555m 下游断面A2=bh2=14.6*2.685=39.201（m2） V2=Q/A2=251.4/39.201=6.41(m2） Es2=h2+ɑv22/2*g=2.685+6.412/(2*9.8)=4.783（m） 上游断面A1= bh1=14.6*2.693=39.318（m2） V1=Q/A1=251.4/39.318=6.394（m2） Es1=h1+ɑv12/2*g=2.693+6.3942/(2*9.8)=4.779（m） 则两断面的断面比能之差为 ?E S=E S2-E S1=4.783-4.779=0.00445（m） 计算其平均水力坡降J-，采用J-=1/2（J1+J2),J=v2/(C2*R)计算 下游断面X2=b+2h2=13.2+2*2.685=19.97（m） R2=A2/X2=39.201/19.97=1.963（m） C2=1/n*（R21/6)=1/0.015*（1.9631/6)=74.598（m1/2/s） J2=v22/(C22*R2)=6.412/(74.5982*1.963)=0.0037649568 上游断面X1=b+2h1=14.6+2*2.693=19.986（m） R1=A1/X1=39.318/19.986=1.967（m） C1=1/n*（R11/6)=1/0.015*（1.9671/6）=74.625（m1/2/s） J1=v11/(C12*R1)=6.3942/(74.6252*1.967)=0.0036267032 平均水力坡降 J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.0037649568 +0.0036267032）=0.0037317873所以流段长度 ?l=?Es/（i-－J-）=0.017/（0.258-0.0037317873）=1.187（m） 因为在图中可以得知该流段总长∑?L=38.531m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--3 由表1--3可以得知5--5断面的水深为2.476m 第二陡坡段（i=0.281) ①判别水面曲线类型 其计算方法与第一陡坡段计算方法一样，其试算如下表1--4所示： 第二陡坡正常水深试算表1--4 h（m）A（m2）X（m）R（m）C（m1/2/s）Q（m3/s） 0.62 9.052 15.84 0.571 60.73051569 220.2923208 0.64 9.344 15.88 0.588 61.02706207 231.8726996 0.66 9.636 15.92 0.605 61.31513596 243.6657626 0.68 9.928 15.96 0.622 61.59520257 255.6679311 0.7 10.22 16 0.639 61.86768892 267.8757534 由表数据绘出h0~Q曲线，如图1--2所示 如图所示。根据设计流量Q=251.40m3/s，在曲线上的渠道正常水深h0=0.674m 单宽流量 Q q b ==251.4/14.6= 17.219（m3/s） 临界水深 2 3 k aq h g ==(17.2192/9.8)1/3=3.115（m） 因为h k> h>h0, 而且渠道为陡坡,故水曲线为B2型降水曲线 ②、用分段求和发计算水面曲线 断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=2.476m，假定h2=2.468m、h3=2.455m、h4=2.425m、h5=2.395m，根据已知渠道全长（即L=17.55,m）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：取1-1断面和2-2断面为例计算，计算断面1--1=2.49m，断面2--2=2.468m 下游断面A2=bh2=14.6*2.468=36.033（m2） V2=Q/A2=251.4/36.033=6.977(m2） Es2=h2+ɑv2/2*g=2.468+6.9772/(2*9.8)=4.952（m） 上游断面A1= bh1=14.6*2.476=36.15（m2） V1=Q/A1=251.4/36.15=6.954（m2） Es1=h1+ɑv1/2*g=2.476+6.9542/(2*9.8)=4.944（m） 则两断面的断面比能之差为 ?E S=?E S2-?E S1=4.952-4.944=0.008（m） 计算其平均水力坡降J-，采用J-=1/2（J1+J2),J=v2/(C2*R)计算 下游断面X2=b+2h2=14.6+2*2.468=19.536（m） R2=A2/X2=36.033/19.536=1.844（m） C2=1/n*（R21/6)=1/0.015*（1.8441/6)=73.828（m1/2/s） J2=v22/(C22*R2)=6.9772/(73.8282*1.1.844)=0.0048421015 上游断面X1=b+2h1=14.6+2*2.476=19.552（m） R1=A1/X1=36.15/19.552=1.848（m） C1=1/n*（R11/6)=1/0.015*（1.8481/6）=73.857（m1/2/s） J1=v11/(C12*R2)=6.9152/(74.7132*1.9812)=0.0047953796 平均水力坡降 J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.0047953796 +0.0048421015）=0.004818741所以流段长度 ?L=?Es/（i-－J-）=0.0147/（0.281-0.004818741）=1.665（m） 因为在图中可以得知该流段总长∑?L=28.052m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--5 由表可以得知5--5断面的水深为2.384m 边墙高计算： 按50年一遇洪水流量，当断面平均流速v>7m/s 时，需考虑掺气水深，在此基础上来设计边墙。 掺气水深 a a c h h -=1 826.0lg 70.05/1+=q i c a 陡槽的边墙高度：h h H a ?+=安全超高 已知各断面水深h 、流速v 、水利半径R ，可求出个断面边坡高墙高度。 第一陡坡段（i=0.258） 已知1-1断面高度h 1=2.693m 、v 1=6.394m 2/s 、R 1=1.967m 因为v 1<7m/s ，所以不用考虑安全超高，故边墙高度为H=h=2.693m 同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5断面边坡墙高度，如表1--6所示 第一陡坡边墙高度1--6 断面 h （m ） A(m 2) X （m ） R （m ） C(m 1/2/s) v(m 2/s) h a （m) H(m) 1--1 2.693 39.317 19.97 1.967 74.625 6.39 0 2.693 2--2 2.685 39.201 19.97 1.963 74.598 6.41 0 2.685 3--3 2.612 38.135 19.82 1.924 74.347 6.59 0 2.612 4--4 2.575 37.595 19.75 1.904 74.217 6.68 0 2.575 5--5 2.476 36.149 19.55 1.849 73.857 6.95 2.476 第二陡坡段（i=0.281） 以断面4--4为例计算如下： 826.0lg 70.05 /1+=q i c a =0.7*lg 17.22 1/5 0.258+0.826=0.2411 a a c h h -= 1=2.425/（1-0.2411）=3.19（m ） 其余各断面的边墙高度计算结果列于下表1--7中： 第二陡坡边墙高度1--7 断面 h （m ） A(m 2) X （m ） C(m 1/2/s) R （m ） v(m 2/s) C a h a H(m ） 1--1 2.476 36.150 36.150 73.857 1.849 6.954 0 0 2.476 2--2 2.468 36.033 36.033 73.828 1.844 6.977 0 0 2.468 3--3 2.455 35.843 35.843 73.779 1.837 7.014 0.267 3.347 3.847 4--4 2.425 35.405 35.405 73.666 1.820 7.101 0.267 3.306 3.806 5--5 2.395 34.967 34.967 73.551 1.803 7.190 0.267 3.265 3.765 6--6 2.375 34.675 34.675 73.474 1.792 7.250 0.267 3.238 3.738 7--7 2.355 34.383 34.383 73.395 1.781 7.312 0.267 3.211 3.711 8--8 2.348 34.281 34.281 7 3.368 1.777 7.334 0.267 3.201 3.701 综上所述：两陡坡相接及平坡与陡坡相接各断面墙高分别为2.693m ，2.476m 及下游墙高3.847和3.701mm, 3、按校核洪水量校核边墙高 按千年一遇洪水泄流量Q =313.6米3/秒计算出各坡段水面曲线，计算方法同前。 第一陡坡段如表1--8所示： 第二陡坡段如表1--9所示： 其掺气水深为表1--10和表1-11，如下所示： 依表可知，千年一遇渗气水深均高于其相对应边墙高度如： 一陡坡：h1渗=3.987m>h1墙=2.693，h5渗=3.792>h5墙=2.476m 二陡坡：h1渗=3.907m>h1墙=2.476，h5渗=3.772>h5墙=3.701， 综合以上所述，该边坡应该按照千年一遇掺气水深的高度的基础上再增高1m，即H边=H max+1=3.987+1=4.987（m）观察两个掺气高度相差无几，所以统一按照5m的边墙高度来进行设计，方可满足要求。 4、绘制陡坡段纵剖面水面曲线图 坡长（0.281）28.509m 坡长(0.258)38.618m 1 5(1) K k N 2 N 1 N 2 N 1 陡坡段纵剖面水面画线图 坡长（0.281）28.509m 坡长(0.258)38.618m 边墙高度线5m 边墙设计图 4 5(1) 任务2. 绘制正常水位至汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线。 计算原理（二） （一）方法：先分析资料，正常高水位系指为满足设计的兴利要求，设计枯水年开始供水时应蓄到的水位；汛前限制水位指水库在汛前期允许兴利蓄水的上限水位。绘制正常水位至汛前限制水位前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线时，下泄流量由闸门控制，其值等于进库流量，流量计算按闸孔出流考虑。而绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线时，闸门底提升到汛前限制水位51.52米时，闸门全开, 闸孔高度为e=3.85m 。由于设有胸墙，若为堰流，胸墙对水流有局部约束，故要计算e/H 判别是闸孔出流还是堰流，若e/H ≤0.65按闸孔出流计算，e/H ＞0.65按堰流计算。 （二）所用公式（参考《水力计算手册》或教材） 1.绘制 z ～ H e ～Q 关系曲线 计算闸孔出流流量公式 Q=gH be 2μ 其中 H e 18 .06.0-=μ 式中 Q —闸孔出流流量(m 3/s) μ—流量系数 b — 过水净宽 (m) e — 闸门开度 (m) H —上游堰顶作用水头（m ） 2. 绘制Z ～Q 关系曲线 闸孔出流流量公式Q=gH be 2μ 堰流流量公式 23 02H g B m Q s εσ= 其中 nb H n k 0 0] )1([2.01ζζε-+-= 式中 s σ——淹没系数 ε——侧收缩系数 k ζ─边墩形状系数 30.360.01 1.2 1.5 P H m P H - =++ 0ζ─闸墩形状系数 m ——流量系数 b －每孔的净宽（m ） B ——过水净宽（m ） H 0——上游堰顶总水头（m ） 1.绘制Z-e/H-Q 关系曲线 (1)Z-e/H-Q 关系计算 已知断面正常水位为52.52m ，泄洪量125.61m 3/s ，汛前限制水位为125.61m ，现假设e/H=0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.65时，计算方法如下： 当e/h=0.15， 正常水面高度Z=52.52m 时，H=52.52-49=3.52m ， 故e=e/h*H=0.15*3.52=0.528m ，0μ=0.60-0.18e/h=0.6-0.18*0.15=0.573 Q=0μbe 2gH =0.573*14.6*0.528* 3.52*9.8*2=36.689（m 3/s ） 同理可算出水位为52.25m 、51.85m 、51.65m 、51.52m 时的下泄流量如下表2--1所示 正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线计算表2--2如下所示。 2、绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线关系如下图2--1所示： 目录 绪论：1 第一章：水静力学1 第二章：液体运动的流束理论3 第三章：液流形态及水头损失3 第四章：有压管中的恒定流5 第五章：明渠恒定均匀流5 第六章：明渠恒定非均匀流6 第七章：水跃7 第八章：堰流及闸空出流8 第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能9第十一章：明渠非恒定流10 第十二章：液体运动的流场理论10 第十三章：边界层理论11 第十四章：恒定平面势流11 第十五章：渗流12 第十六章：河渠挟沙水流理论基础12 第十七章：高速水流12 绪论： 1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。b5E2RGbCAP 2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。 3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。可视为液体抗剪切变形的特性。<没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）p1EanqFDPw 4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。 5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。 6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。第一章：水静力学 要点：<1）静水压强、压强的量测及表示方法；<2）等压面的应用；<3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。DXDiTa9E3d 7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。RTCrpUDGiT 8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不 调节池设计 假定：在水一方餐厅每天用水量为15m3左右，用水高峰期分别为10:00am—14:00pm和17：00pm—21:00pm两个时间段。平均每个时间段进水量为7.5 m3。其他时间段没有进水。 则其24小时平均流速为0.625 m3/h。（所以最优的出水量是控制在0.62 m3/h。） 据此绘制污水流量变化曲线见下图，见红色线表示。蓝色线表示平均污水流量。 当进水量大于出水量时，余量在调节池中贮存，当进水量小于出水量时，需取用调节池中的存水。由此可见，调节池所需容积等于上图中面积A、B或C中最大者，即调节池的理论调节容积为0.62*13=8.1 m3。 设计中采用的调节池容积，一般宜考虑增加理论调节池容积的10%-20%，故本例中调节池容积按V=8.1*1.2=9.7 m3，约等于10 m3 来计算。 调节池池子高度取2m ，其中有效水深1.7m ，超高0.3m 。则池面积为 A=V/h=10/1.7=5.9m 。 将调节池长设为3m, 宽设为2m ，所以调节池的实际尺寸为L*B*H=3*2*1.7=10.2 m 3。 水力学的计算公式 流量与流速的关系： 式中：Q ——流量，m3/s ； A ——过水断面面积，m2； v ——流速，m/s ； 谢才公式计算流速： R ——水力半径（过水断面积与湿周的比值），m ； v A Q ?=I R C v ??= I ——水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C ——流速系数，或谢才系数。 C 值一般按曼宁公式计算，即 n ——管壁粗糙系数 由上可推导出： 充满度 水流断面及水力半径计算见下图 61 1R n C ?= 给水处理厂课程设计计算书 12．高程布置 为了配合平面布置，我们首先应根据下表估计各构筑物之间连接管渠的大小及长度大致水头损失。然后在平面布置确定后，按水力学公式逐步计算各构筑物之间的水 构筑物 沉淀池~滤池0.3~0.5 快滤池内 2.0~3.0 虹吸、无阀滤池 1.5~2.0 滤池到清水池0.3~0.5 1.3.4高程布置设计计算 1.3.4.1水处理构筑物的高程布置设计计算 1.水头损失计算 在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面高差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身、连接管道、计量设备等水头损失在内。水头损失应通过计算确定，并留有 余地. （1）处理构筑物水头损失 处理构筑物中的水头损失与构筑物的型式和构造有关，具体根据设计手册第3册表15-13 g ——重力加速度，2/m s 。 ① 配水井至絮凝池连接管线水头损失 a ）沿程水头损失 配水井至絮凝池连接管采用800DN 钢管，管长15l m =。 考虑浑水的因素0.015n =，按0.013n =查设计手册第1册水力计算表得 1.8i =‰，换算成相当 于0.015n =时的i ： 浑水管长15m 算得沿程损失为： b）局部水头损失 管路中，进口1个，局部阻力系数 10.50 ξ=；急转弯管1个， 20.90 ξ=；闸阀1个， 30.06 ξ=； 90o弯头1个， 41.05 ξ= ；出口1个，局部阻力系数 5 0.04 ξ=，则局部阻力系数总计为： 管内流速 1.11/ v m s =，则管路局部水头损失为： c）总水头损失 ②絮凝池至沉淀池 絮凝池与沉淀池合建，其损失取0.1m。 ③沉淀池至V a）沿程水头损失 沉淀池至V型滤池连接管采用900 DN钢管，管长l= 21.052 2.1 ξ=?＝； 闸阀2 43.0 ξ=；出口1个，V，按0.013 n=查设计手册第1册水力计算表得 2.4 i=‰，则V型滤池至清水池连接管沿程损失为： b）局部水头损失 管路中，进口1个，局部阻力系数 10.50 ξ=；90?弯头3个，局部阻力系数 21.053 3.15 ξ=?＝； 闸阀1个， 30.06 ξ=；出口1个，局部阻力系数 41.00 ξ=，则局部阻力系数总计为：管内流速 1.0/ v m s =，则管路局部水头损失为： c）总水头损失 第3章给水排水管网水力学基础 3.1 基本概念 3.2 管渠水头损失计算 3.3 非满流管渠水力计算 3.4 管道的水力等效简化 3.1基本概念 3.1.1管道内水流特征 Re=ρvd/μ 3.1基本概念 3.1.2有压流与无压流 有压流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面（压力流、管流） 无压流：水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，其余与空气接触，具有自由液面（重力流、明渠流） 3.1基本概念 3.1.3恒定流与非恒定流 恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速与压力不随时间而变化，而与空间位置有关的流动称为恒定流非恒定流：水体在运动过程中，其流速与压力不与空间位 置有关，还随时间的而变化的流动称为非恒定流3.1基本概念 3.1.4均匀流与非均匀流 均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程不变的流动称为均匀流 非均匀流：水体在运动过程中，其各点的流速与方向沿流程变化的流动称为非均匀流 3.1基本概念 3.1.5水流的水头与水头损失 水头：指的是单位质量的流体所具有的能量除以重力加速度，一般用h或H表示，常用单位为米（m） 3.1基本概念 3.1.5水流的水头与水头损失 水头损失：流体克服阻力所消耗的机械能 3.2管渠水头损失计算 3.2.1沿程水头损失计算 管渠的沿程水头损失常用谢才公式计算 对于圆管满流，沿程水头损失可用达西公式计算 沿程阻力系数 λλ228 (m) 2C g g v D l h f == R 为过水断面的里半径，及过水断面面积除以湿周，圆管满 流时R=0.25D 流体在非圆形直管内流动时，其阻力损失也可按照上述公式计算，但应将D 以当量直径de 来代替 3.2管渠水头损失计算 (m) l R C v il h 22 f ==Ri C v = W h g V Z g V Z ++=+222 112 22αα推求法计算天然河道水面曲线的局限性 和解决办法 ---暴雨洪水的水力学模型及其应用程序 张校正 （新疆水利厅 新疆乌鲁木齐 830000） 【摘 要】 天然河道水面曲线计算的‘推求法’使用中是有很多限制的，很多情况下不便应用，应该与‘比降法’配合使用，解决天然河道水面曲线计算问题。 【关键词】 天然河道 水面曲线 推求法 比降法 水力学模型 应用程序 2012年，暴雨洪水给我国很多地方造成了生命财产的重大损失，引起了防洪部门的重视，纷纷加大了防洪工程的投入。因而防洪工程的水力学计算，尤显重要。 怎样计算天然河道的水面曲线？应该不是问题，但一些设计单位确实出现过这个问题，问题是从使用推求法计算天然河道水面曲线时产生的。 在我国的有关防洪工程的规范中，大量的篇幅，是有关工程措施的规定，水力学计算部分内容很少，没有具体的公式。虽然规范没有详细的公式，但是在旧版的《水工设计手册》以及水力学教科书中，却有‘天然河道水面曲线’的详细论述和方法讲解。大家都是按照这些常规算法，解决天然河道水面曲线计算问题。新版的《水工设计手册》也有‘天然河道水面曲线的计算’的章节。武汉大学水利水电学院出版的《水力计算手册》中也有“河道恒定流水面曲线计算”章节。对于天然河道的各种水力要素的计算，有着详尽的规定。 上面所说的这些书中的方法是暴雨洪水的一种水力学模型，是一种一维静态的水力学模型，它就是所谓‘推求法’，是从已知水位推求未知水位的计算方法。本文从这个方法的使用过程中产生的问题，就暴雨洪水的一维静态的其它的水力学模型进行一些研讨。 《水利水电工程设计计算程序集》为天然河道的水力计算提供了两个程序，一个是“D-14A 推求法计算天然河道水面曲线程序”；一个是“D-14B 比降法计算天然河道水面曲线程序”。 一、D-14A 推求法计算天然河道水面曲线程序的使用情况 这个程序的方法，是求解下面的基本方程（过去叫做柏努立方程）： 这是一个在河道上解决非均匀流从已知水位推求未知水位的公式。 在没有计算机的年代，这是一个繁琐的计算工作，旧版的《水工设计手册》详细的列出了它的计算方法和表格。PC-1500袖珍计算机的出现，给予水利设计人员插上了翅膀，很多技术人员，都用计算机编程解决这个问题，用现在的水平要求，也都达到了现在新版《水工设计手册》的要求。本以为这是解 1、明渠均匀流计算公式： Q=Aν=AC Ri 1 n y R （一般计算公式）C= 1 n R 1 6 C= （称曼宁公式）2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流) Q＝bh 2gZ 0 z：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9 b：渡槽的宽度（米） h：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝0.8～0.95 3、倒虹吸计算公式： Q=mA2gz (m 3/秒） 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q＝εmB 3/2 2gH ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B—进口宽度（米）；m—流量系数 5、流量计算公式： Q=Aν 式中Q——通过某一断面的流量，m 3／s； ν——通过该断面的流速，m／h 2 A——过水断面的面积，m 。 6、溢洪道计算 1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 3 （1）淹没出流：Q＝εσMBH2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）实用堰出流：Q=εMBH 2 1 3 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 3 Q＝εσMBH2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 （2）孔口自由出流计算公式为 Q=MωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流 Q=μA2gH =流量系数×放水孔口断面面积×2gH 2）、有压管流 塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 (1) 2.塔设备特性 (1) 3.名词术语和定义 (1) 4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1) 5.填料塔的设计 (1) 1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 3.1 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。 3.2 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。 3.3 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 水力学常用计算公式精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 1、明渠均匀流计算公式： Q=A ν=AC Ri C=n 1R y （一般计算公式）C=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流) z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝～ b ：渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝～ 3、倒虹吸计算公式： Q=mA z g 2(m 3/秒） 4、跌水计算公式： 5、流量计算公式： Q=A ν 式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ； ν——通过该断面的流速，m ／h A ——过水断面的面积，m 2。 6、溢洪道计算 1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Q ＝εσMBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）实用堰出流：Q=εMBH 2 3 gZ 2bh Q ＝跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）孔口自由出流计算公式为 Q=M ωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流 Q=μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算 1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝2 5或Q ＝（2-15） 淹没出流：Q ＝（25 ）σ（2-16） 淹没系数：σ=2)13.0( 756.0--H h n +（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tan θ=4 1 ，以及b ＞3H ，即 自由出流：Q ＝g 22 3＝2 3（2-18） 1 塔器设计概述 1.1 石油化工装置中塔器占有很大的比重。几乎每种工艺流程都存在蒸馏或吸收等分离单元过程，因此塔器设计至关重要。往往塔器设计的优劣，决定着装置的先进性和经济性，必须给予重视。 1.2 塔器设计与工艺流程设计有着非常密切的关系，亦即塔器的选型和水力学计算与工艺流程的设计计算是结合在一起的。有时塔器设计影响着分离流程和操作条件的选择。例如减小蒸馏塔的回流比，能降低能耗，但塔板数增加，对塔器讲就是减小塔径和增加塔高，其中必有一个最经济条件的选择。又如真空塔或对釜温有要求的蒸馏塔均对压降要求较严，需要选择压降低的板式塔或填料塔，在塔器水力学计算后，压降数据要返回工艺作釜温核算。 1.3 一般工艺流程基本确定后，进行塔器的选型、设计等工作。塔器设计涉及到工艺、化学工程、设备、仪表、配管等专业。化学工程专业的任务及与各专业间关系另有说明。见化学工程专业工作手册H-P0101-96、H-P0301-96。 1.4 随着石油化工和科技的迅猛发展，蒸馏塔从一般的一股进料、二股产品的常规塔发展为多股进料、多侧线，有中间换热的复杂塔。要求塔的生产能力大、效率高、塔板数多，即大塔径、多程数、高效、低压降等，对塔器设计提出了更高的要求，并推动了塔器设计工作的发展。 1.5 近年来电子计算机的普及和发展，为工艺与塔器设计提供了有力的工具。我们可应用PROCESS或PRO/Ⅱ等工艺流程模拟软件进行计算，得到塔的最大和最小汽液负荷、密度等数据，以便进行分段的塔的水力学计算，使工艺和塔的水力学计算能同步进行，并作多方案比较，求得最佳设计。 1.6 设计中主要考虑的问题 1.6.1 确定工艺流程（尤其是分离流程） 通过工艺流程模拟电算，选定最佳切割方案，其中包括多股进料、侧线采出、进料状态和位置等方面的选择。 1.6.2 塔压的设定 第一章 功能概述 理正工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。 倒虹吸水力学计算模块可计算倒虹吸的过水能力、设计倒虹吸管径； 渠道水力学计算模块含有清水渠道均匀流的水力计算、清水渠道非均匀流的水力计算和挟沙水流渠道的水力计算； 水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰上的平板和弧形闸门，可计算水闸的泄流能力、设计闸孔宽度和确定闸门的开启度； 水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，对无压隧洞可计算洞的过流能力和设计断面尺寸，半有压隧洞可校核隧洞的过流能力，对于有压隧洞可计算隧洞在不同水位、不同闸门开度下的泄流量，并可在已知过流量条件下校核上游水位，还可绘制出总水头线和压坡线，形象的显示洞身各点有无负压； 消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。 五个计算模块最后都给出计算的图形结果、文字结果及图文并茂的计算书。 第二章 快速操作指南 2.1 操作流程 理正工程水力学计算软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。 图2.1-1 操作流程 2.2 快速操作指南 2.2.1 选择工作路径 设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括工程数据及计算书等）均保存在设置的工作目录下。 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某单个计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。 2.2.2 增加计算项目 工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。用户可根据需要选择。 图2.2-2 当选好一个计算项目后，点击【工程操作】菜单中的“增加项目”或“增”按钮来新增一个计算项目（以水闸水力学计算为例）。 水银 题1图 高程为9.14m 时压力表G 的读数。 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?- ==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分）。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.15428.04 2.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分） 。 l d Q h G B A 空 气 石 油 甘 油 7.623.66 1.52 9.14m 1 1 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 12 22121-=-=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?='=右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。 水力学中常用的基本计算方法 水力学中经常会遇到一些高次方程，微分方程的求解问题。多年来，求解复杂高次方程的基本方法便是试算法，或查图表法，对于简单的微分方程尚可以用积分求解，而边界条件较为复杂的微分方程的求解就存在着较大的困难，但随着计算数学的发展及计算机的广泛使用，一门新的水力学分支《计 算水力学》应运而生，但用计算机解决水力学问题，还需 要了解一些一般的计算方法。在水力学课程中常用的有以下 几种，现分述于后。 一、高次方程式的求解方法： （一）二分法 1、二分法的基本内容：在区间[X1，X2]上有一单调连续函 数F（x）=0，则可绘出F（x）～Ｘ关系曲线。如果在两端点处函数值异号即F（x１）·F（x2）＜0，（见图（一）），则方 程F（x）=0，在区间[X1，X2]之间有实根存在，其根的范围 大致如下：取 22 1 3x x x + = 1°若F（x2）·F（x3）＞0， 则解ξ∈[X1，X3] 2°若F（x2）·F（x3）＜0， 则解ξ∈[X3，X2] 3°若F（x2）·F（x3）=0， 则解ξ=X3 对情况1°，可以令x2=x3，重复计算。 对情况2°，可以令x1=x3，重复计算。 当规定误差ε之后，只要|x 1-x 2|≤ε，则x 1(或x 2)就 是方程F(x)=0的根。 显然，二分法的理论依据就是高等数学中的连续函数介 值定理。 它的优点是思路清晰，计算简单，其收敛速度与公比为 的等比级数相同；它的局限性在于只能求实根，而不能求 2 1 重根。 2、二分法的程序框图(以求解明渠均匀流正常水深为 例) 最后必须说明，二分法要求x 2值必须足够大，要保证 F 1·F 2＜0，否则计算得不到正确结果。为了避免x 2值不够大， 产生计算错误，在程序中加入了判别条件F 1·F 2＞0。也可以给 定x J 及步长△x ，让计算机选择x 2(x 2=x 1+△x)。 (二)牛顿法， 1、牛顿法的基本内容：设有连续函数F(x)=0，则可以绘 出F(x)～x 关系曲线，选取初值x o ，过点（x o ·F(x o )）作一切 线，其斜率为辅F ＇（x o ），切线与x 轴的交点是x 1， 则有： ) ()('1o o o x F x F x x - =再过(x 1，F(x 1)作切线，如此类推得到牛顿法的一个迭代序列： x n+l =x n -F(x n )/F ＇(x n )，令x n =x n +1，重复计算，直至满足给定 的精度要求，即|x n+1-x n |≤，从而得到方程F(x)=0的根。 牛顿法具有平方收敛速度，比较快，但计算工作量大，每 次运算除计算函数值外，还要计算微商值。对于牛顿法来讲， **水电站工程 水库调洪演算计算说明书 批准: 审查: 计算: 勘察设计院 1、工程有关的文件 （1）、《**水电站工程招标文件》 （2）、《**水电站初步设计报告》（第二册） 2、设计依据及要求 2.1 设计依据 （1）、《**水电站初步设计报告》（第二册） （2）、《防洪标准》（GB50201-94） （3）、《水利水电工程枢纽等级划分标准（山区、丘陵区）》SDJ12-78及补充规定 （4）、《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-93 （5）、《**水电站工程招标文件》 （6）、其他国家和部颁的有关规程规范 2.2 设计要求及边界条件 （1）、假定在坝顶高程、正常蓄水位不变条件下，取消右岸原设计导流洞(本导流洞单纯是施工导流作用，原设计不参与永久泄洪）、大坝中孔、并将左岸现有导流洞改造成永久冲沙兼泄洪隧洞后，根据《**水电站初步设计报告》（第二册）所提供的“设计洪水成果表”、“水位~库容关系曲线”、“设计洪水过程线”等参考资料复核大坝表孔过流能力。 （2）、大坝表孔孔数及单孔孔口结构尺寸可适当调整（注：表孔深度不宜加大）； （3）、左岸现已完工导流洞可进行改造。 （4）、水电站厂房轴线建议由顺河向布置改为平行坝轴线方向布置。 3、原始资料 3.1 基本设计参数 坝顶高程：1561.8 m； 溢流堰坝顶高程：1553.00m 设计洪峰流量Q(P=2%)= 1710 m3/s 校核洪峰流量Q（P=0.2%）= 2570m3/s 正常蓄水位高程1561.00m,对应水库库容1660万m3； 校核洪水位高程1561.12m，对应水库库容1676万m3； 死水位高程1553.00m，对应水库库容1092万m3； 3.2 左岸导流洞结构参数 进口底板高程：1495.00m，出口底板高程1493.78m，隧洞长256.8m，底板坡降I=0.477%，结构断面如下图所示。 1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0。8～０。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 5、流量计算公式: Ｑ=Aν 式中Q —-通过某一断面的流量，m ３/ｓ； ν——通过该断面的流速，ｍ/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 6、溢洪道计算 １)进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Ｑ=εσＭBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2)孔口自由出流计算公式为 Ｑ=ＭωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管（洞)出流计算 １）、无压管流 Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2)、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算—-薄壁堰测流的计算 １）三角形薄壁测流堰,其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝1。4H 2 5或Ｑ＝1.34３H 2.47（2—15) 淹没出流:Ｑ＝（1。4H 25)σ（2-16） 淹没系数:σ=2)13.0( 756.0--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8） 弧形闸门计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 目录 1 计算目的与要求 ................................................................... 错误!未定义书签。 2 设计计算内容....................................................................... 错误!未定义书签。 3 设计依据 .............................................................................. 错误!未定义书签。 4 基本资料和结构布置............................................................ 错误!未定义书签。 基本参数 (3) 基本结构布置 (4) 荷载计算 (4) 面板弧长 (6) 主框架位置 (7) 5 结构计算 .............................................................................. 错误!未定义书签。 面板....................................................................................... 错误!未定义书签。 水平次梁............................................................................... 错误!未定义书签。 中部垂直次梁（隔板）....................................................... 错误!未定义书签。 边梁....................................................................................... 错误!未定义书签。 主框架................................................................................... 错误!未定义书签。 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力 .............................. 错误!未定义书签。 6 启闭力的计算 (23) 闸门闭门力的计算 (23) 闸门启门力的计算 (24) 7 闸门支铰的计算 (24) 荷载计算 (24) 铰轴计算 (25) 铰链与支臂的连接计算 (26) 铰座计算 (27) 水 水银 题1图 1 2 3 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?-==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分） 。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.1542 8.042.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分）。 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 1 222121-= -=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?=' =右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。 水利计算综合练习计算说明书 学校：SHUI YUAN 系别：水利工程系 班级: 水工班 姓名: mao 学号： 指导老师：XXX 2013年06月22日 目录 一、水力计算资料 (3) 公式中的符号说明 (4) 二、计算任务 (5) 任务一： (5) 绘制陡坡段水面曲线 (5) ⑴.按百年一遇洪水设计 (5) 1、平坡段：(坡度i=0) (5) ①水面曲线分析 (5) ②分段求和计算Co型雍水曲线 (6) 2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (7) ①判断水面曲线类型 (7) ②按分段求和法计算水面曲线 (8) 3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (9) ①判断水面曲线类型 (9) ②按分段求和法计算水面曲线 (9) ⑵.设计陡坡段边墙 (10) ⑶．按千年一遇洪水校核 (13) 1、水平坡段（坡度i=0） (13) ①水面曲线分析 (13) ②分段求和计算Co型雍水曲线 (14) 2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (15) ①判断水面曲线类型 (15) ②按分段求和法计算水面曲线 (15) 3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (17) ①判断水面曲线类型 (17) ②按分段求和法计算水面曲线 (17) ①千年校核的掺气水深 (18) ②比较设计边墙高度与千年校核最高水深的大小 (20) ⑷.绘制水面曲线及边墙 (22) 任务二： (26) 绘制正常水位至汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线 (26) 任务三： (28) 绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线 (28) 三、总结 (31) 一、水力计算资料： 某水库以灌溉为主，结合防洪、供电和发电、设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。 1.水库设计洪水标准： 百年一遇洪水（P=1%）设计 相应设计泄洪流量Q=633.8 m^3/s 相应闸前水位为25.39 m 相应下游水位为4.56 m 千年一遇洪水（P=0.1%）校核 相应设计泄洪流量Q=752.5 m^3/s 相应闸前水位为26.3 m 相应下游水位为4.79 m 正常高水位为24.0 m,汛前限制水位22.9 m。 2.溢洪道的有关资料： 驼峰剖面选用广东省水科所1979年提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室编的水力计算手册，P156图3-2-16a）。 堰流量系数 P/H>0.24时 mo=0.414*[(P/H)^(-0.0652)] P/H≦0.24时 mo=0.385+0.171*([(P/H)^(0.657)] 堰顶设两扇弧形闸门，转轴高程23.2 m; 溢洪道共两孔，每孔净宽10 m； 闸墩头为圆形，墩厚2 m；边墩为半圆形；混凝土糙率可取n=0.012～0.015; 堰顶高程为18.70 m;堰底高程为17.45 m。 塔的水力学计算手册精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图(a)。 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图(a),-(b)。 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = π(D T/2)2 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 净面积(net area，free area)，A N、A f 气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A T减去总的降液管顶部横截面积∑A D(包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。 五、作图题(在题图上绘出正确答案) 1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) (5分) 3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎) (5分) 6、绘出图中的受压曲面AB 上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。 A B 7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) K K i < i 1 k i >i 2 k 六、根据题目要求解答下列各题 1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。 解：水平分力 P x =p c ×A x = 铅垂分力 P y =γ×V=, 静水总压力 P 2= P x 2+ P y 2, P=, tan = P y /P x = ∴ =49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d ＝0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。 折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=，ζ2=，ζ3=，沿程水头损失系数λ=，上下游水位差 H =3m 。若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹 g v R l h H w 2) 4(2 ∑+==ξλ 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9.10.15.022.0 , m 2.04/=++?==== ∑ξχ d A R 将参数代入上式计算，可以求解得到 /s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴ vA Q v 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。 3、某水平管路直径d 1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d 2=2.0cm 。用压力 表测得管路与喷嘴接头处的压强p =49kN m 2 ，管路内流速v 1=0.706m/s 。求水流对喷嘴的水平作用力F (可取动量校正系数为1) H R O B R d 1 v 1 DURAG D-R216 烟尘浊度仪 使 用 及 维 护 手 册 德国 DURAG 工业电子有限公司制造 二00六年一月十日 目录 应用范围 1 基本特点 1 工作原理 2 光学系统图1 2 方块原理图图2 3 测量范围 4 测量值的自动记录 4 测点位置选择 4 装配 5 安装接管与调整法兰图3 6 固定孔尺寸图3 6 装配图4 7 净化空气风机图5 8 安装 10 接线图图6 11 反射器选择 12 光学调整图7-9 14 电气调整 15 --零点调整 15 --仪器量程检查 15 --调整极限值 15 --关断设定图10 15 --自动关断装置 16 --报警开关 16 --调整零点反射器图11 16 按TA-Luft确定极限值 17 测量量程刻度图12 18 不透明度--衰减系数曲线图13 19 极限值表图14 20 维修 21 --清洗玻璃园盖板 21 --检查和清洗空气过滤器 21 --灯泡更换 21 --零点检查 21 附件 22 技术参数 23 试运行详情记录 24 应用范围 典型应用是监视工业厂房、临时工房、医院、学校等的锅炉设备、垃圾和废物焚烧装置、除尘及过滤设备、以及化学工业中的工艺过程控制。 DURAG D-R216烟尘浊度仪适合于监测气体和烟尘的排放(按1974.4.8发布的“空气污染法规” TA-Luft2、8、4、2和3、2、1、1节规定，此仪器已为1978.9.18联邦内务部(BMI)通报U118-556 134/4证明。 基本特点 ·本仪器利用自对准原理配置的双光束交替顺序进行工作。光束通过测量行程两次，然后测量和计算出测量行程中含尘量引起的光衰减量。 ·用一电磁转屏实现测量与基准光速之间的变换。基准检查每隔64秒进行一次，持续时间2秒，以使电气元器件的任何变化在检查值设定中得到补偿。 ·光电器件交替接收测量光束和基准光束的光线。但因对两光束仅装一个放大器，从而使灯泡性能、光电器件特性、温度影响以及放大器长时间飘移的任何变化得到补偿。 ·发射器发出的光以25Hz调制，因而本仪器不受白天光照等的影响。 ·数字运行： D-R216 的主要元件为一微处理器。 ·标准型为64秒积分 用一开关可将8秒积分扩展到64秒积分，从而使指示值达到较宽的积分。 ·具有按标准特性进行预报警的自动关断装置，它的极限设定值可在整个测量范围内进行调整。 ·在反射器端面所形成的均匀光点，其面积比反射器表面积大得多。因此，使调整和校准得到简化，同时避免了测量误差。 ·净化空气室通过从净化空气风机设备送入空气，可使玻璃园盖片保持清洁。 ·利用适当的滤光镜和光电器件，本仪器具有与人眼大致相同的灵敏度。 ·加热玻璃园盖片防止冷凝。水力学基本概念
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第三章第3章给水排水管网水力学基础
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