段村水利枢纽设计任务书
发布时间:2015-01-14 13:18:30
发布时间:2015-01-14 13:18:30
水力学课程设计
段村水利枢纽
设
计
任
务
书
系别:
班级:
组别:
姓名:
指导教师:
前言 2
前言 2
段村水利枢纽任务设计书 3
第一章 溢洪道的水力计算 5
确定引水渠断面 5
确定控制断面垂直水流方向宽度 5
验算渐变段长度是否满足要求 9
溢洪道水面线计算 9
拟定挑坎形状和尺寸及其校核 12
第二章 泄洪洞的水力计算 13
验算泄洪洞是否满足泄洪要求 13
判别泄洪洞下游水流衔接形式并设计消力池尺寸 15
水力学课程设计总结 18
附图1 20
附图2 21
附图3 22
前言
水力学是一门专业技术基础课,是高等职业技术教育水利类各专业的支柱性课程,为了使高职高专学生掌握水力学、学好水力知识,本次设计主要是通过该内容的练习使我们能够理论联系实际,掌握常规水力学水力计算的方法和步骤。通过课程设计,基本掌握实际工程的水力计算过程和方法,把水力学课程有机结合在一起,对水力学有一个全面的认识。
这次设计的目的是运用所学过的知识,进行一次较全面的,系统的训练。这对深化和巩固所学过的知识,进一步加深对有关公式及图表的实用范围和使用方法的理解,培养灵活运用理论知识独立解决实际问题的能力,加强理论联系实际,初步了解工程设计中水力计算的基本内容,调动和提高学习专业课的积极性。通过水力学课程设计,使我们更加系统,全面地掌握水力学知识,为我们今后的工作和学习奠定了基础。
本设计是由****老师指导,由水利水电建筑***班第一设计组:***(计算)、***(校核),在编写中受到***老师和全组成员的大力支持,在此向他们表示衷心的感谢!
由于编者水平有限,缺点和错误在所难免,敬请同行和广大读者批评指正。
编者
二〇一二年十二月
段村水利枢纽设计任务书
段村水利枢纽工程位于颖河上游登封县境内.控制流域面积94.1平方公里.根据水能计算,该枢纽死水位348米;最高兴利水位360.52米,相应库容1423.07万立方米.设计洪水位按50年一遇为363.52米,相应库容1998.36万立方米,溢洪道泄洪量540米26a99f9b2f21ca3ba6f222efa40c7958.png
一、 溢洪道
溢洪道由6段组成,如附图(1)所示.
1.引渠段 长120米,底坡i=0;边坡1:1.5,混砼土衬砌.
2.控制段 采用平底坎宽顶堰,顺水流长度20米.
3.渐变段 断面为矩形,长60米,底坡1:50.
4.第Ⅰ陡槽段 断面为矩形,底宽40米,坡降为1/200,长596米.
5.第Ⅱ陡槽段 断面开头及尺寸同第Ⅰ陡槽段,坡度为1/8,长40米.
6.挑能消能段 下泻设计洪水位时,挑坎下游尾水渠水位350.64米,下游河底高程347.2米.
二、泻洪洞
洪洞由11段组成,如附图(2)所示.
1. 进口段 采用喇叭形塔架式进水口,进口设拦污栅1834dcb80855b642c985cbd1b4409b26.png
2. 闸室段 形状为4米x4米矩形断面,长6米; 1834dcb80855b642c985cbd1b4409b26.png
3. 渐变段 断面由4米x4米变为直径d=3.5米的圆形,长10米; 1834dcb80855b642c985cbd1b4409b26.png
4. 洞身段 洞段d=3.5米,长170米.
5. 第二渐变段 断面由圆形变为3.2米x3.2米的矩形断面,长10米.
6. 洞后闸室段 底部高程为341米,长12米.
7. 平坡段 底宽3.2米,长7米.
8. 扩散斜坡段 扩散角7826ae4619f093659881ae40082068a1.png
9. 消能段hc=589ae539a3a95a54893067a7f9eb7d86.png
10.扭曲面
11.尾水渠 底部高程337米,比降0.001米,底宽14米,边坡1:1.5.
三、水力计算
1. 确定引渠段面.
2. 确定控制段垂直水流的宽度.
3. 验算渐变段长度是否满足要求(扩散角应小于7826ae4619f093659881ae40082068a1.png
4. 计算溢洪道水面曲线(按设计洪水流量计算)和各断面掺气水深
5. 拟定挑坎形状和尺寸(溢洪道出口河底高程347米,岩石坚硬,完整性较差).计算挑距,验算是否满足稳定要求.
6. 验算泻洪洞是否满足泄洪要求(设计、校核两种情况).
7. 差别泻洪洞下游水流衔接形式,设计消力池尺寸.
四、计算成果
1. 交计算成果,并绘出简图.
2. 绘制溢洪道水面曲线.
3. 写出水利学的体会和意见.
word/media/image11_1.png第一章 溢洪道的水力计算
第一节 确定引水渠的断面
一、 形式:
引水渠断面底坡为i=0,边坡为1:1.5的梯形断面。
如图所示1—1。
二、 确定尺寸:
f09564c9ca56850d4cd6b3319e541aee.png
取9e3669d19b675bd57058fd4664205d2a.png
7fc56270e7a70fa81a5935b72eacbe29.png
将 7fc56270e7a70fa81a5935b72eacbe29.png
可得底宽92eb5ffee6ae2fec3ad71c777531578f.png
水面宽a8c570f6824dd10e907f99764f74ca71.png
中位线处水面宽384350c3bccef80ac1da6e002891db28.png
所以梯形断面的底宽为62.35米。
第二节 确定控制段垂直水流方向的宽度
一、确定堰宽:
公式: f09564c9ca56850d4cd6b3319e541aee.png
假定控制段为自由出流,取侧收缩系数58951bb1feae0638fc32394d97ed3920.png
由公式 74aaf006c4b569088f54d5a626bebd2a.png
设7c5081abe6c2100f0e44396b6ac51661.png
由公式 f09564c9ca56850d4cd6b3319e541aee.png
540 43ec3e5dee6e706af7766fffea512721.png
得堰宽e45905ac13c7f4e17121ec7d24b15bc6.png
二、检验尺寸是否满足要求:
(一)、确定堰前水深:
圆弧形进口 c34ebc6b45a107c7188786b9288b8405.png
cb1c8b1006375132b2902e4d3adea4c1.png
282e6230c631b50f7ac666802e15fc52.png
设 c1d9f50f86825a1a2302ec2449c17196.png
将数据带入公式 f75a8cd90cb9d25d484e53f00aca22c0.png
c123cf5750a1871dc7f40eedd6bcc8ec.png
将数据带入公式 :7fc56270e7a70fa81a5935b72eacbe29.png
7b88e9f40f1e730c8d5f6a712b020210.png
307fc7f15b2747a87401ab08bd797470.png
6b89ec35607ce5a170ec3dc72b97f37f.png
e4883192bdaf0dc70210a298861892a5.png
(二) 推引水渠段水面线
word/media/image55_1.png 1.判断水面线类型(依据H=2.77m)
临界水深hd7b85827d3c15782472b149bff215888.png
底坡i=0 h8fe07fe6270dc4915b808238f9a667a6.png
2.水面线计算
引水段简图如图1-2所示
1-1断面: ha7c8a0268d128c936c8c1405973bfb63.png
Aa7c8a0268d128c936c8c1405973bfb63.png
v1f8aadaf08165764bb1b5c3c6a7b27bd.png
e25660af6869b81cc96286742735b0e9.png
断面比能 E5a1ae4d271713dfd1c344b42b1e18b70.png
1-1断面的水力要素
xd1f5903794333961bc165a60fc1b9947.png
Rc825624bfb7693f73b5012c6a6b250c1.png
混凝土衬砌,糙率n=0.014
C62d0beb8826492bb8d7ff7b0b5ea9a0a.png
设2-2断面hf545525900b8735effb5a4c26d2f069c.png
同理可算得
Af545525900b8735effb5a4c26d2f069c.png
Ed42355112f5359ddbb24d7d6ce92d5bc.png
1-1断面和2-2断面的比能差
△Edca3bb12af0766e5ddbedd0711f84bca.png
2-2断面的水力要素
Xf545525900b8735effb5a4c26d2f069c.png
两断面水力要素的平均值
4f7ee8711b7a739f47408c6b0f44fec7.png
平均水力坡降 a5c2cc8c44b11ee467790dc96bf92129.png
引水渠段长度 △s=68dcdeda504a306ca939c06e750afbe1.png
由于引水渠长度为120m,故所设的2-2断面水深h884db81cb8a8f3b69d460746bf6988f0.png
从表1-1中的计算结果可知,1-1与2-2断面的总长度为120.111m,比全长多120.111m-120m=0.111m.故可认为所设到2-2断面水深为2.843m. △s=120.111m≈120m.
表1-1
第三节 验算渐变段长度是否满足要求
一、校核渐变段长度是否满足要求,也就是验算渐变段的扩散角是否小于ec7c9d2aaaac2cc2cc207d219ffc09a1.png
已知:渐变段断面为矩形,长0b98cd95c8a869c337c52d41ba2659df.png
59e9855ee2fa9c875a510c2b825bda04.png
故渐变段长度满足要求。
word/media/image112.gif第四节 溢洪道水面曲线计算
一. 渐变段水面线计算
单宽流量 q=Q/B=540/60.463=8.931m³/s
ha7c8a0268d128c936c8c1405973bfb63.png
ebe49acbb5eaff9d565f37f38fc53dc0.png
1-1断面的水力要素:
A8b2e73a6b951b40b956a4ee3af024a5d.png
fb41a5157e519051298ec1b5a3cd7ea1.png
R889caca7a587113825cecbb5fc9e80ea.png
Cf8383d3a50d3c88fe5ef19b4a0322f95.png
V61a647ef80bc87908910a3bbddb9d362.png
V249e396082da54e2bd1e564891fabadc.png
1-1断面比能: E6b6b9cc34d5eac0f9b718dd0a21d8551.png
2-2断面的水深:h6b19da168cc9f8c244a2ad5af071f5bb.png
Acad7e6be8535535c7a680a8b5378cfda.png
afbe69490d9b281b3d91408dc34b514f.png
R700e47dbc71e9e8f4216daf417632727.png
Cfba404e0d8250034e615b06de790ff9f.png
V055b82090700e2407b95b17a97c24c0d.png
V4a9303a7969404a7f2ab65b211fe9d24.png
E54f7b8ec97f1f743f2c28c0399c972d7.png
1-1与2-2断面的比能差84705da9ff96253ae48b89faba9600ac.png
平均值82ac6068216fd3cbe01ce2ce8c70fd9a.png
0ae73e851715b14f23ede1b4827f818c.png
b43a23f83a18fe7d2b7e8087f592bc16.png
平均水力坡降eb72eaa77d0c84b0add148f65cbc382e.png
1-1与2-2段的长度 4b75e118e3a101a2969f01749c42e53f.png
可以近似的认为b223884023e9559678654ffe6e9c21f3.png
同理计算得:3-3断面高度a2c66f9ec1e2d8e2827dae2cd5217d65.png
由1-1、2-2、3-3、4-4断面的水深可画出水面线。见附图三。
二.第I陡槽段水面线的推算:
断面为矩形,底宽40米,坡降1/200,长596米,见图1—5。
1.判别水面线类型
word/media/image152.gif⑴、计算正常水深hc89026611e695b47a96e1d115820b691.png
糙率 n=0.014 i=0.005 Q=ACcb8fff919472f188adc550e48d55b1a6.png
设hc89026611e695b47a96e1d115820b691.png
A=b hc89026611e695b47a96e1d115820b691.png
X=b+2 hc89026611e695b47a96e1d115820b691.png
R=a47525599d5884c604a1fc17c813593b.png
Q=AC9861d9ca04931e2aaf2e8fafb654c659.png
因hc89026611e695b47a96e1d115820b691.png
表1—2
由表可知:当a941974ffcc5e5771672eb36468e3fd4.png
⑵、计算临界水深hd7b85827d3c15782472b149bff215888.png
单宽流量q=4a7385229764a1a1f824e08121a28c29.png
hd7b85827d3c15782472b149bff215888.png
由于hc89026611e695b47a96e1d115820b691.png
2. 水面线计算
将该陡槽段分为1-1,2-2,3-3断面。如图1-5
各断面计算结果见表1-3
表1-3
由表可知第一陡槽段末的水深为1.878m
三. 第二陡槽段的水面线推算见表1-4
表1-4
由表1-4得:第二陡槽段末的水深为1.081m
第五节 拟定挑坎形状和尺寸及校核d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e.png
1.基本计算
ebf5b86bda09e44fcf745926d773cf9b.png
反弧半径0ba667e49984052552423c974d5daef3.png
上游水位与挑坎顶点高差:96dff256220c558f43de84a6b4942064.png
坎高: 2a474c80c7b8845510b962c136111a5e.png
下游水深:b197ea67a74c47a37e46c030e763e535.png
又875d2b885ad19dddc622238c08ddacaa.png
2.计算空中挑距
单宽流量:8369fd123dd7216f0d7368e680fb3395.png
流能比: 452c5ed11098749f8a34000d46fc8e74.png
流速系数:941a553cfd791081b3f7e9a5e871ae71.png
故空中挑距为:
85dc01b6fc46d298110b8b2adfa242e8.png
486da8212eca9a7fdf09301ae3789886.png
3.估算冲刷坑深度7c47c7fee80da826467d011158beecb1.png
因岩石坚硬,完整性交差,选8eb30b9db5e1c6d53c752f3bef4ba720.png
7c47c7fee80da826467d011158beecb1.png
4.计算挑距
97447dd5b258a44eb23c6e65e24a3084.png
总挑距:d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e.png
又因 22459bd2a6f400218727ac361445c353.png
所以设计挑坎满足要求。
word/media/image11_1.png第二章 泄洪洞的水力计算
第一节 验算泄洪洞是否满足泄洪要求
1. 计算泄洪洞的泄流量Q是否大于或等于90eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png
进口段进口处与闸室段进口处列能量方程,见附图(word/media/image198.gif)。
以洞后闸室段底部为基准面 2ec42b43e38c0e287ef1b2ac1e8988b8.png
又8699f623ce0ee999537567899466713c.png
a527eabc3badb9c87da0e08291261554.png
9ea4dc3484cb1689e493fc15dcb87a8f.png
d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e.png
2c092d2502b0547175921967e6adf256.png
12d91935109068c47666add9bf4c8d9a.png
f7156ea0046f983341e120ea705437a4.png
6bf0656581534bcbb0ba630379777ef2.png
ab0e7bb880c4f5939326439d16a08daf.png
0decc531c199619c97b18aca28e193c5.png
f3cbbbbb024ea81d547ab83ae6f493b0.png
bbba45c6e256f85dc73a07be6c73c86f.png
2ea494a764115873c162af3839c05600.png
58127acb962417ac60914cea42a70c5f.png
7528fb91e3d325fabd39f6c951912fb8.png
19d35ccc61bfc51cc92d8a3b242dc720.png
第二节 判别泄洪洞下游水流衔接形式并设计消力池尺寸
word/media/image225.gif1.判别泄洪洞下游水流衔接形式
(1).求断面的水深32c3ab18bb6636cfe8043520a0b9fa08.png
6c89e67b1743615fc27b87b60e50638a.png
又B=13.92m q=Q/B=6.47f1f35e7cebf860bd05c8dfd31aca79c1.png
用迭代法计算32c3ab18bb6636cfe8043520a0b9fa08.png
故取32c3ab18bb6636cfe8043520a0b9fa08.png
(2).求dc7edee514b345729ccdc87c52d0eb8f.png
相应于该单宽流量的临界水深为:
d04a0480168ef2445689658459894ccd.png
共轭水深为:
37985f26bb54890dc0230d8118d21ded.png
(3).计算23986d9b2a622a418cb84ad397a8df80.png
通过试算法计算。设23986d9b2a622a418cb84ad397a8df80.png
491e894e5bc5ae50855e1a4a9529ea0e.png
直接由公式ec36504518edc4baf041e1853abc7b88.png
5d46d616b3c6406555e34974386bb0ef.png
由于该流量接近90f1f35e7cebf860bd05c8dfd31aca79c1.png
因为dfa9cf103cd65bf628d33645b90d1ae2.png
2.挖深式消力池的水力计算
(1) 计算消力池的深度d
下游单宽流量: dbd5ff20699811fff64ee05d2db7718f.png
下游流速: 41148e6ea026b1d21e64daa36809a6b5.png
估算池深: 93eaa40736c4524fe7abfdf392ec84eb.png
水面跌落:
354ba173c90cd07cac1e33e6f94e5508.png
217e8626ba45c94c0a6c6176ca4097ca.png
b9ddb8262a174ae75fedbb72d881680b.png
所以调整消力池深度 取711d72632dd14307f227124d02f0bbc4.png
则9cbe5ccfda3c18559f353b84e78b3967.png
bc3c9d9693b7599e7b57c9ee7a012c47.png
故消力池池深为 711d72632dd14307f227124d02f0bbc4.png
(2) 计算消力池的长度d324d1595a26b317804d91e34f4880c0.png
水跃长度按b9ad82fbdb3adf7c49add5c88031422f.png
由 0b51304f71b7b29ad8bc84c7f9bb385b.png
ef0ff63d2c6934f042c5bbbfa4257835.png
292913d6e222302e9f44b6066a6149f2.png
用迭代法计算 令2f1c3c47e7ae85dd1006fc9589cd5753.png
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故消力池长度:
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水力学课程设计总结
水力学课件实习结束了,让我学会了许多以前在课堂上很模糊的知识结构,让我对水力学有了更深的了解和认识。也对水力学有了浓厚的兴趣。我会在以后的水力学,学习中和实习中,更加努力的去完成老师给的任务,从而来完善自己的知识体系,为以后工作打下良好的基础。下面就为这一周水力实习做一个简单扼要的总结。
在本次课程设计当中,我们学到的和得到的不但是学习方面的,还有很多是在这之外的。比如在设计一开始,***老师就引导我们要有自主意识。把这次设计的任务分配给我们后,然后又指导我们分好组,然后就让我们着手干了。关于这一点,用***老师的话说就是放任我们自流。其实,我觉得我们每一个同学心里都清楚,老师是有他的良苦用心。他是想让我们自己设想,自己布局,自己设计。这样,每个人都会觉得有大任压于双肩之上,每个人都会发自内心且不由自主地去全心全意干好它,我个人非常喜欢这种感觉。这不仅是我们的一次历练,也是对我们的一个很好考验,其主要目的是让我们自己在发现问题自己解决问题中,自然而然地牢固掌握了所学的知识,并运用。另外一点,就是我们的设计是分组进行的,每一组的每一位同学都有各自具体的任务,这样,每位同学都有各自的任务和干好自己工作的责任感。然后在遇到难题时,大家聚在一起讨论,如果还是解决不了就去别的组请教,直到大家弄懂为止。如果你看到那场景,你会很欣慰,那种氛围和情势,才真的是投入且专心。另外,在学习中也让我们学到了计算机的新的知识。我们在一起,互容互补中,学到了很多计算机方面的知识。真的很感激这次的课程设计。
通过这一学期的学习和这一周的设计,使我对水力学有了新的认识,特别是这次的设计,使我们的理论知识更完备,对理论的理解也更深刻。这次的课程设计可以说是一次很好的复习机会,我们在设计中,遇到问题就查阅书本,以至于几乎把书本都看了一遍。在查漏补缺中又巩固了学过的理论知识。
总之,通过本次的课程设计,使我们受益匪浅。在此,再次真诚感谢史老师的教导和引导。通过实习从老师身上学到了许多工作敬业精神,以后我会用自己的行动来表达对***老师的感激之情。
感谢这次设计实践活动,感谢同学们的团结协作,感谢老师的指引和教导。