改善无压隧洞内急弯段高速水流流态的方法

摘要

本发明涉及改善无压隧洞内急弯段高速水流流态的方法，属于改善无压隧洞内急弯段高速水流流态的工程方法。弯道消力池进口斜坡段必须布置在隧洞直线段上，通过推导出的弯道消力池计算方法计算消力池的池深；弯道消力池进口斜坡坡度与水流入射角度一致，在进口斜坡下部布设台阶，弯道消力池宽度与隧洞洞身一致；弯道消力池出口斜坡段应布置在下游直线段上，消力池出口斜坡段同样布设台阶状斜坡，台阶高度宜为消力池池深的1/2，计算消力池总长。本发明改善了无压隧洞内急弯段高速水流流态，同样可改善无压隧洞各种弯道高速水流的水流流态或中、低速水流急弯段的水流流态，使无压隧洞曲线布置更为灵活，具有很好的实用性和应用前景。

主权项

一种改善无压隧洞内急弯段高速水流流态的方法，其特征在于包括下列步骤：(1)弯道消力池进口斜坡段必须布置在隧洞直线段上，但要与工作闸门保持一定的距离，为避免低水头运行下淹没混合流水跃上溯至工作闸门，消力池进口斜坡段要与弧门支铰距离2.0m以上；(2)通过推导出的弯道消力池计算方法计算消力池的池深；(3)弯道消力池进口斜坡坡度与水流入射角度一致，可通过模型试验进行观测确定。在进口斜坡下部布设台阶，台阶高度为1/2～3/4消力池池深；(4)弯道消力池宽度与隧洞洞身一致；(5)弯道消力池出口斜坡段应布置在下游直线段上。消力池出口斜坡段同样布设台阶状斜坡，台阶高度宜为消力池池深的1/2，斜坡坡度一般为1:3或1:4；(6)以上布置完成后，计算消力池总长；所述弯道消力池的计算公式：d_w＝σ₀h″_cw‑h_s′‑△Z        (1)h″_cw＝h″_c+△h_p+△h_j      (2)$h_c^{\prime \prime }=\frac{h_c}{2}(\sqrt{1+\frac{8{\mathrm{\alpha q}}^2}{{\mathrm{gh}}_c^3}}-1){\left(\frac{b_1}{b_2}\right)}^{0.25}---\left(3\right)$${\mathrm{\Delta h}}_p=\frac{{\mathrm{bv}}^2}{2r_{0}g}---\left(4\right)$$v=\frac{{\mathrm{qb}}_1}{b_2{h}_c^{\prime \prime }}---\left(5\right)$△h_j＝k△h_p                (6)式中d_w——弯道消力池深度(m)；σ₀——水跃淹没系数，可采用1.05～1.10；h_cw″——弯道消力池跃后水深(计入弯道平衡水面超高、冲击波超高)(m)；h_c″——棱柱体渠道消力池跃后水深(m)；△h_p——弯道跃后断面平衡水面超高(m)；r₀——弯道转弯半径(m)；v——弯道跃后断面平均流速(m/s)；△h_j——弯道跃后断面冲击波水面超高(m)；k——冲击波超高系数，弯道消力池轴线为简单圆曲线时k＝1；弯道消力池轴线为前后带有过渡圆弧段的三段复合圆弧曲线时k＝0.2；h_c——弯道跃前断面收缩水深(m)；α——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；q——过闸单宽流量(m²/s)；b₁——弯道矩形消力池首端宽度(m)；b₂——弯道矩形消力池末端宽度(m)；T₀——由弯道消力池底板顶面算起的总势能(m)；△Z——弯道消力池出池水位落差(m)；h_s′——弯道消力池出池出池隧洞水深(m)；所述弯道消力池长度计算公式：L_sj＝L_s+βL_j          (9)L_j＝6.9(h_cw″‑h_c)     (10)式中L_sj——弯道消力池长度(m)；L_s——弯道消力池斜坡段水平投影长度(m)；β——水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8；L_j——水跃长度(m)。