当建筑物下游产生如图9.3.2所示的远驱式水跃时,也可以采用修建消能墙,使墙前水位壅高,以期在池内能发生稍有淹没的水跃。其水流现象与降低护坦的消能池相比,主要区别在于池出口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。水力计算的主要任务是确定墙高C及池长lB。
图9.3.2
假设池中产生稍许淹没的水跃。由图中的几何关系可以得出:
式中 h″c——临界水跃的跃后水深;
H10——折线型实用堰的堰上总水头,用下面的公式计算:
式中 m——折线型实用堰的流量系数,一般取m=0.42。
将H0代入式(9.3.8)后,得出:
式 (9.3.10)是计算消能墙高度的基本公式。式中σs是消能墙的淹没系数,见表9.3.1。
表9.3.1
根据表9.3.1可拟合出下面的公式:
(www.daowen.com)
式中 hs——消能墙上的下游水深;
H10——消能墙上的总水头。
从表9.3.1可以看出:
(1)当 (ht-c)/H10≤0.45时,消能墙为自由溢流,这时淹没系数σs=1。
(2)当(ht-c)/H10>0.45时,消能墙为淹没出流,这时淹没溪水σs<1。
消能墙的水力计算步骤:
(1)按式(9.2.1)和式(9.2.4)计算hc和h″c。
(2)假设消能墙为自由出流,即σs=1,由式(9.3.10)求出墙高c。
(3)检查消能墙是否为自由溢流。先由式 (9.3.9)计算出 H10,再计算(ht-c)/H10,然后分两种情况:
1)如果(ht-c)/H10>0.45,则消能墙为淹没溢流,上述假设错误,应该降低墙高,以增加墙上水头,使消能墙通过要求的流量qc。这时也只能采取试算法求墙高,重设墙高c′<c,由下式计算墙上的水头:
再计算(ht-c′)/H′10,当此值大于0.45时,由表9.3.1或式 (9.3.11)求σ′s。最后计算墙高为c′的淹没溢流时通过的单宽流量:
如果q=qc,则说明假设的墙高即为所求。否则重新假设墙高。当消能墙为淹没溢流时,无需再检查墙后的水流衔接形式,肯定是淹没水跃衔接。这时只设一级消能墙即可。
2)如果(ht-c)/H10≤0.45,则消能墙为自由溢流,墙高计算正确,但是,这时需要检查消能墙下游的水流衔接形式。若为淹没式水跃衔接,则无需建造第二道消能墙;若为远驱式水跃衔接,还需修建第二道消能墙,如果第二道消能墙仍为自由溢流时,还需检查其后的水跃衔接形式,直到消能墙为淹没溢流或其后为淹没水跃衔接为止。一般消能池不宜超过3级。再检查消能墙后的水流衔接形式时,可取消能墙的流速系数φ=0.9。
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