设计综合式消力池的简便计算
消力池池深的简化计算法
消力池池深的简化计算法滕凯【摘要】通过对池深水力计算相关方程组进行数学变换,采用优化拟合的方法,以标准剩余差最小为目标函数,在工程实用范围内,经逐次逼近拟合获得了可直接进行方程组联立求解、最大相对误差小于2.8％的近似公式(其中相对误差小于1.0％的计算点占总点数的84％),具有一定的推广意义.【期刊名称】《水科学与工程技术》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P36-39)【关键词】消力池深;高次方程组;优化拟合;近似计算【作者】滕凯【作者单位】齐齐哈尔市水务局,黑龙江齐齐哈尔161006【正文语种】中文【中图分类】TV131池式消能工具有适用范围宽、运行工况简单、消能效果好等优点，在中、低水头水工建筑物的下游消能工设计中常常被采用。
现行的《设计手册》[1]、《计算手册》[2]及《设计规范》[3]给出的消力池深计算方法均需联立求解收缩水深、共轭水深及消力池深3个方程，由于收缩水深计算涉及高次方程求解，无法直接获得，目前常用的计算方法主要有图解法[1，4]、试算法[2，5]、迭代法[6，7]、近似法[8～10]及计算机求解法[11-12]。
图解法人为误差较大、试算及迭代法计算过程繁复，利用微机编程求解又不便于基层工程技术人员应用。
在这些计算方法中，从公式及计算过程看，简化近似计算法相对较好。
在现有的近似算法成果中，文献[10]推荐的计算公式稍好，该公式是从底流的消能负荷出发，将其消能过程划分为3个阶段，并在一定的假定条件下分别引入能量损失方程，通过整理和优化拟合后给出了可直接获解消力池深的简化近似计算公式，但该公式由于动能修正系数的假定及拟合差的存在，实际计算成果误差仍显较大，且其实用范围仅为2.0＜Fr＜9.0（Fr为收缩断面的弗汝德数），难以满足实际工程的设计要求。
为进一步简化消力池深的计算过程，提高求解成果精度，本文采用优化拟合的方法，通过对原方程组进行变形整理，以标准剩余差最小为目标函数，获得了隐含高次方程组的简化拟合替代式，在工程实用范围内，最大拟合误差小于2.8%（其中相对误差在2.0%～2.8%范围内的计算点数仅占总点数的3%，且匀分布于实用区域边缘），并实现了方程组可直接联立求解，计算过程简捷，成果精度较高。
消力池设计计算范文
消力池设计计算范文消力池（Energy Pool）是一种用于管理和计算能量（或消耗点）的系统。
它通常应用于游戏、体育比赛、技能训练和能量管理等领域。
以下将详细介绍消力池的设计和计算方法。
设计思路：消力池的设计基本原则是为参与者提供一个有限的能量储备，使其可以在一定时间范围内使用。
设计一个好的消力池需要考虑以下几个方面：1. 初始值：消力池的初始值应该根据参与者的需求和能力来设定。
不同的游戏或活动可能有不同的消耗点（Energy Points）和恢复速度，因此初始值需要针对特定的情境进行调整。
2.恢复速度：参与者的消力池应该有一个合理的恢复速度。
这可以根据活动的难度、时长和消耗点来确定。
一般来说，复杂和耗能大的活动应该有一个相对较快的恢复速度，以使参与者能够持续参与。
3.可用范围：消力池必须能够适应参与者的需求和技能水平。
它应该既不过小以致无法完成一项任务，也不过大以致无法控制消耗。
这需要根据实际情况来进行调整。
4.持续时间：一个消力池的持续时间取决于活动的时长和参与者的需求。
对于长时间的活动，消力池需要相应地延长；而对于短时间的活动，消力池可以相应缩短。
计算方法：消力池的计算通常包括以下几个方面：1.初始值：根据活动的特点和参与者的需求设定一个初始值，例如100点能量。
2.恢复速度：根据活动的难度和耗能量设定一个恢复速度，例如每10分钟恢复10点能量。
3.消耗点：根据活动的要求和参与者的操作确定消耗点的数值，例如每次操作消耗5点能量。
4.使用限制：根据参与者的能力和目标设定一个使用限制，例如不能少于20点能量。
根据以上设定和计算，参与者可以根据需要进行消耗和恢复能量。
当能量不足时，参与者需要等待恢复；当能量达到使用限制时，参与者需要在有效使用和等待恢复之间做出权衡。
总结：消力池的设计和计算需要根据具体情况进行调整。
一个好的消力池设计能够平衡参与者的需求和实际情况，提供一个能量管理的工具，使参与者能够在活动中持续参与并取得满意的结果。
消力池计算(201003修改版)
跃前流速Vc=10.28闸宽b0=15流量Q=245.2淹没系数（1.1-1.05）= 1.05消力池初始宽度b1=15消力池末宽度b2=15上游河床高程=954.5堰顶高程=958坝前水位=961下游河床高程=953.6下游河道以上作用水头H0=7.4下游水位=955.59上下游水位差H'= 5.41池后正常水深hs'= 1.99过渡段水平长Ls=0水跃长度改正数B(0.7-0.8)=0.75消力池底板计算系数k1=（0.15-0.2）0.17消力池底板安全系数k2=（1.1-1.3） 1.2消力池底板的饱和重度（KN/M3）=23海曼长度计算系数=（中砂12-11）11下游引河的水面宽度Bm=24.85二、深度β=b2/b11过闸单款流量q=16.35过池单款流量q=16.35跃前断面弗努德数Fr=V/SQRT(ghc) 2.60消力池深度d=0.23跃后水深h''= 5.11出池落差z(以过池流量计算)= 3.15试算d=0.23误差=0.00措施后淹没系数=（1.05-1.1） 1.05三、长度水跃长度Lj=24.29消力池长度Lsj=18.21取34四、消力池前端底板厚1、抗冲厚度t= 1.052、抗浮池底板下游水深H2= 1.99消力池底板扬压力U=(KPa)29.10消力池首端顶板上水重W=(KPa)15.91消力池末端顶板上水重W=(KPa)51.11消力池顶板重W=(KPa)跃前收缩断面流速水头=11.13消力池前半段底板上脉动压力Pm=+(KPa)0.56消力池前后段底板上脉动压力Pm=-(KPa)-0.56消力池前端底板厚度t=0.72消力池末端底板厚度t=-1.18消力池前端底板厚度t= 1.05试算t=0.92五、消力池末端底板厚t=0.50六、海漫长度消力池末端宽度b2=15消力池末端单宽流量qs=16.35 sqrt(qs*sqrt(H'))=(1-9) 6.17海漫长度Lp=67.83七、翼墙扩散角θ(12度左右为宜)下游尾水在消力池变色镜以上的水深h2= 1.99消能设备的高度P=0.23消能设备处水深H1= 5.11上下游水位差= 5.41tanθ=-0.23试算θ=10.00试算tanθ=0.18误差=0.41翼墙长度L=0.00下游引河的水面宽度Bm=24.85闸内的水面宽度Bn =15ΔB=Bm-Bn= 9.85翼墙长度系数（2.5-3）=3翼墙长度L=14.775tanθ=0.00试算θ=14.00试算tanθ=0.00误差=0.00翼墙长度宜取0~15八、翼墙扩散曲线y/b0=0.5*(x/(b0*Fr0))^1.5+0.5扩散段上游渠道宽b0=15扩散段下游渠道宽b=15均匀来流Fr0= 2.32九、挡土墙高程计算最大跃后水深+安全超高渠道通过加大流量时的水深hb= 5.11渠道岸顶超高Fb=0.25*hb+0.2 1.48挡土墙高度H= 6.59挡土墙底部厚度一般可取（0.6~0.8）*H注意：1、判断是否需要建消力池前，请将表格中的消力池试2、红字部分需要人为添加的数据。
消力池计算(201003修改版)
跃前流速Vc=10.28闸宽b0=15流量Q=245.2淹没系数（1.1-1.05）= 1.05消力池初始宽度b1=15消力池末宽度b2=15上游河床高程=954.5堰顶高程=958坝前水位=961下游河床高程=953.6下游河道以上作用水头H0=7.4下游水位=955.59上下游水位差H'= 5.41池后正常水深hs'= 1.99过渡段水平长Ls=0水跃长度改正数B(0.7-0.8)=0.75消力池底板计算系数k1=（0.15-0.2）0.17消力池底板安全系数k2=（1.1-1.3） 1.2消力池底板的饱和重度（KN/M3）=23海曼长度计算系数=（中砂12-11）11下游引河的水面宽度Bm=24.85二、深度β=b2/b11过闸单款流量q=16.35过池单款流量q=16.35跃前断面弗努德数Fr=V/SQRT(ghc) 2.60消力池深度d=0.23跃后水深h''= 5.11出池落差z(以过池流量计算)= 3.15试算d=0.23误差=0.00措施后淹没系数=（1.05-1.1） 1.05三、长度水跃长度Lj=24.29消力池长度Lsj=18.21取34四、消力池前端底板厚1、抗冲厚度t= 1.052、抗浮池底板下游水深H2= 1.99消力池底板扬压力U=(KPa)29.10消力池首端顶板上水重W=(KPa)15.91消力池末端顶板上水重W=(KPa)51.11消力池顶板重W=(KPa)跃前收缩断面流速水头=11.13消力池前半段底板上脉动压力Pm=+(KPa)0.56消力池前后段底板上脉动压力Pm=-(KPa)-0.56消力池前端底板厚度t=0.72消力池末端底板厚度t=-1.18消力池前端底板厚度t= 1.05试算t=0.92五、消力池末端底板厚t=0.50六、海漫长度消力池末端宽度b2=15消力池末端单宽流量qs=16.35 sqrt(qs*sqrt(H'))=(1-9) 6.17海漫长度Lp=67.83七、翼墙扩散角θ(12度左右为宜)下游尾水在消力池变色镜以上的水深h2= 1.99消能设备的高度P=0.23消能设备处水深H1= 5.11上下游水位差= 5.41tanθ=-0.23试算θ=10.00试算tanθ=0.18误差=0.41翼墙长度L=0.00下游引河的水面宽度Bm=24.85闸内的水面宽度Bn =15ΔB=Bm-Bn= 9.85翼墙长度系数（2.5-3）=3翼墙长度L=14.775tanθ=0.00试算θ=14.00试算tanθ=0.00误差=0.00翼墙长度宜取0~15八、翼墙扩散曲线y/b0=0.5*(x/(b0*Fr0))^1.5+0.5扩散段上游渠道宽b0=15扩散段下游渠道宽b=15均匀来流Fr0= 2.32九、挡土墙高程计算最大跃后水深+安全超高渠道通过加大流量时的水深hb= 5.11渠道岸顶超高Fb=0.25*hb+0.2 1.48挡土墙高度H= 6.59挡土墙底部厚度一般可取（0.6~0.8）*H注意：1、判断是否需要建消力池前，请将表格中的消力池试2、红字部分需要人为添加的数据。
消力池计算
**********************************************************************计算项目：消能工水力计算1********************************************************************** ----------------------------------------------------------------------[ 消力池断面简图]--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[ 计算条件]----------------------------------------------------------------------[基本参数]消能工类型:下挖式消力池计算目标:设计尺寸上游底部高程:1.000(m)下游底部高程:0.000(m)消力池首端宽度:6.000(m)消力池末端宽度:6.000(m)水流的动能校正系数:1.000泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:0.950消力池出流流速系数:0.950水跃淹没系数:1.050是否计算消力池前段长度:交互消力池前段长度:0.000(m)自由水跃跃长计算系数:6.900水跃长度校正系数:0.750是否计算消力池底板的厚度:计算消力池底板计算系数K1:0.200消力池底板安全系数K2:1.300消力池底板的饱和重度:25.000(kN/m^3)脉动压强系数:0.050海漫长度计算系数Ks:10.000河床土质允许不冲流速:1.000(m/s)水位流量的组数:1序号单宽流量上游水位下游水位扬压力(m3/s*m) (m) (m) (kPa)1 6.500 3.020 2.020 1.000----------------------------------------------------------------------[ 计算过程]----------------------------------------------------------------------1、判断是否需要建消能工。
消力池深的简化计算法
含 高次方 程组 的简化 拟合替 代式 ， 工程实 用 范围 内 ， 在 最大 拟 合 误 差 小 于 ４ ９ （ 中相 对 误 差 在 ２ ０ ～ ．％ 其 ．％
４９ ． ％范 围 内的计 算 点 数 仅 占总 点 数 的 １ ％ ， 匀 分 ９ 且
布 于实用 区域 边缘 ） 并 实 现 了方 程组 直 接 求解 ， 算 ， 计
般 ｇ ＝ ９ ８ ｓ。 ． １ｍ／ ‘
行变 形 整理 ， 以标 准 剩余 差最 小 为 目标 函数 ， 得 了隐 获
收 稿 日期 ：０ ２—０ ２１ ４—２ ８
在 式 （ ） ～ （ ）中 ， １ ３ 设
作者简 介 ： 滕 凯 ， ， 工 程 师 ， 男 总 高级 工程 师 ， 要 从 事水 利 防 灾 减 灾及 工 程 优 化 设 计 研 究 。Ｅ— ｉ： ｎｋ ｉ ７ １３ ｃｒ 主 ｍａ ｔ ｇａ ０ ＠ ６ ． ｏ ｌｅ ０ ｎ
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第 １ ５期
滕 凯 ： 消力 池 深 的 简 化 计 算 法
７ ５
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消力池计算
挖深式消力池计算流程图1. 假设某一池深d ，计算从池底顶面算起的池前总水头ToTo ＝Z2－Z3＋d ＋v o 2/（2×g ）计算示意图 12. 计算池内收缩水深hcTo ＝hc ＋22)(2ϕα××hc g q 或hc 3-To ×hc 2＋222ϕαg q × ＝ 0其中：q ――为收缩断面处的单宽流量，q ＝Q/b 1；Q ――通过消力池的总流量；α――水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；ϕ――消力池的流速系数，一般可取0.95，或初步计算参考《水力计算手册》P201或《水力学》下册P8确定。
3. 计算池内跃后水深hc ″hc ″＝25.021321812−+b b ghc qhc α 其中：b 1――消力池首端宽度；b 2――消力池末端宽度。
4. 计算出池落差Δz :Δz ＝22)'(2hs g q ××ϕα－22)"(2hc g q ×α 其中：hs ′――出池河床水深（下游水深）。
5. 计算水跃淹没系数σσ＝（d ＋ hs ′＋Δz ）/hc ″当1.05≤σ≤1.10时假设正确，否则重新假设池深d 进行计算。
※ 本程序中各值采用国际单位制，不再说明。
参考文献：1.《水闸设计规范》（SL265－2001）2.《水力计算手册》第一版·武汉水利电力学院水力学教研室编·水利电力出版社3.《水力学》（上、下册）第二版·成都科技大学水力学教研室编·高等教育出版社4.《取水输水建筑物丛书· 水闸》第一版·陈德亮主编·中国水利水电出版社程序流程图如下：本文档及程序由龚艳光编制，由于本人水平有限，错误在所难免，欢迎大家试用，提出宝贵意见。
E-mail : **********************.cn坎式消力池计算流程图一、池内计算：1. 从池底顶面算起的池前总水头ToTo ＝Z2－Z3＋v o 2/（2×g ）计算示意图22. 计算池内收缩水深hcTo ＝hc ＋22)(2ϕα××hc g q ………………① 或hc 3-To ×hc 2＋222ϕαg q × ＝ 0其中：q ――为收缩断面处的单宽流量，q ＝Q/b 1；Q ――通过消力池的总流量；α――水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；ϕ――消力池的流速系数，一般可取0.95，或初步计算参考《水力计算手册》P201或《水力学》下册P8确定。
消力池深、长计算
抗冲要求消力池底板计算系数k1（0.15-0.200.15
消力池底板始端厚度 t 0.947676
抗浮要求消力池底板安全系数k2（1.1-1.3） 1.2
消力池底板面得扬压力U（kPa）220.5187作用消力池底板顶面的水重W(kPa)540.6986作用消力池底板上的脉动压力Pm 458.6341消力池底板的饱和重度（kN/m³）24消力池底板始端厚度 t -38.9407
计算系数λ
0.4垂直收缩系数ε′0.613055流量系数μ0.570935收缩水深hc
0.11035收缩断面流速Vc 11.50097跃后水深hc″
1.670754比值Z=（hs-hc″)/(H-hc″) 1.6488淹没系数σ′0.509584过闸流量Q
33.36815
说明：线性内插值依据黄色数据和表格手动计算
孔流
堰流
渠道正常
水深
说明：若已知流量Q求水深h，采用试算法即可
流量Q
1600假定水位过流量Q1600总净宽B（m）72堰顶高程（m）44.5堰前水深H（m） 6.160412堰前水位Z（m）50.66041上游行进流速 V。
3.167353计流速的堰前水头H。
6.671733自由溢流的流量系数m0.36
侧收缩系数σc0.93淹没系数σs0.935下游水位50.29 hs 5.79 hs/H0.867841翻板门系数0.93
0.833333
0.878333
下游底高程
138。