9.3 挑流消能的水力计算.pptx

主讲人：朱李英水力学基础挑流消能的水力计算

挑流消能的水力计算挑流消能在中、高水头的泄水建筑物中，因下泄水流的流速和单宽流量往往较大，常采用挑流消能形式。挑流消能建筑的作用是使水流通过挑流鼻坎时被挑入空中，使之跌落在远离建筑物的下游河床。

挑流消能的水力计算一、挑流消能原理空中消能水下消能二、挑流消能优缺点三、挑流消能任务挑坎型式和尺寸（高程、反弧半径和挑射角）挑流射程下游冲刷坑深度概述构造简单，便于维修雾化严重，尾水波动

挑距计算一、空中挑距计算挑流消能的水力计算坝面的流速系数流能比s1上游水面至挑坎顶部的高差；a挑坎高度，即下游河床至挑坎顶部的高差；?鼻坎挑射角；ht冲刷坑后下游水深；?挑距

挑距计算二、水下挑距计算挑流消能的水力计算T——冲刷坑深度；ht——冲刷坑下游水深；β——水舌入水角。

挑流消能的水力计算冲刷坑深度取决于水舌跌入下游水面后的冲刷能力及河床的抗冲能力，当潜入下游河底的水舌冲刷能力仍大于河床的抗冲击能力时，河床被冲刷形成冲刷坑，随着坑深的增加坑内水垫消能作用加大，水舌冲刷能力下降，当其与河床抗冲能力平衡时，冲坑深度不再增加。冲刷坑深度估算

挑流消能的水力计算水舌的冲刷能力主要与单宽流量上下游水位差下游水深大面形式，水流在空中的能量损失餐气程度以及入水角等因素有关，而河床的抗冲击能力则与河床的地质条件有关。这个冲刷深度估算方法已写入高校教科书《水力计算手册》、《重力坝设计规范》《拱坝设计规范》等与高速水流冲刷有关的设计规范，在行业中占有重要地位。

冲刷坑深度计算挑流消能的水力计算（岩基冲刷坑）冲刷坑后坡许可的冲刷坑最大后坡时，冲刷坑不会危及坝身的安全小公式大学问

挑坎尺寸拟定挑流消能的水力计算一、挑坎形式二、尺寸拟定(3)挑坎高程挑坎高程愈低，出口断面流速愈大，射程愈远。(2)反弧半径反弧半径愈小，离心力愈大，挑坎内水流的压能增大，动能减小，射程也减小。为保证有较好的挑流条件，反弧半径至少应大于反弧最低点水深hc的4倍。(1)挑角挑角愈大，射程L0愈大。但挑角增大，入水角也增大，入水角增大后，冲刷坑深度增加。

挑流消能的水力计算挑坎高程应视工程布置而定。从增加挑距，减小混凝土方量的角度讲挑坎高程越低越好，但为了保证水舌下缘与坝址附近的下游水面间有足够的空间，避免因水舌运动使该空间空气被带走后得不到补充，形成真空压低水舌减小挑距，甚至形成贴流冲刷坝址，设计中一般取挑坎最低高程等于或略高于最高下游水位。事实上，挑射角、反弧半径、挑坎高程三者是彼此相关的，应统一考虑，选择最优组合。

典型例题挑流消能的水力计算某WES剖面堰堰顶高程456.50m，下游河床底部高程420.0m，泄放单宽流量为20.00m3/(s·m)时，堰上水头4.50m，下游水深8.30m，流速系数?=0.9，溢流坝下游为挑流消能，鼻坎高程为429.50m，挑射角采用25o，下游河床基岩软弱破碎、裂隙发育。试计算水舌挑距及冲刷坑深度，并判断冲刷坑是否危及建筑物安全。

典型例题挑流消能的水力计算解：基本数据计算：S1=(456.50+4.50）-429.50=461-429.50=31.50（m)z=461.00-(420.00+8.30)=461-428.30=32.70(m)a=429.50-420.0=9.50(m)sinθ=sin25?=0.4226sin2θ=0.766cosθ=0.9063流能比坝面的流速系数入水角β故β=27.75otanβ=0.5261

挑流消能的水力计算（1）空中挑距（2）冲刷坑深度因基岩软弱破碎、裂隙发育，故取Ks=1.6（3）水下挑距（4）总挑距冲刷坑后坡不会危及建筑物安全

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