有压隧洞的水力计算(自编)

有压隧洞水力计算 一、有压隧洞的水力计算 1、沿程水头损失： hf=Lv²/(C²R)=λLv²/(d2g)=Ln²Q²/(F²R^4/3) R=A/χi 上游调压室的设置条件 λ=8g/C² C=R^(1/6)/n 2、局部水头损失： hj=ζv²/(2g) 3、有压隧洞的基本计算公式： ①自由出流：Q=μω√(2g(T0-hp)) 式中，Tw—压力水道中水流惯性时间常数，s； hp=0.5a+p′/γ Li—压力水道及蜗壳和压力尾水道各分段长度，m； ②淹没出流：Q=μω√(2g(T0-hs)) vi—压力水道内各分段流速，m/s； Hp—水轮机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 水头，m； 4、①自由出流：μ=1/(1+∑ζj*(ω/ωj)^2+∑2gli*(ω/ωi)^2/(Ci²*Ri))^0.5； [Tw]—Tw的允许值，一般取2~4s ②淹没出流：μ=1/((ω/ω2)^2+∑ζj*(ω/ωj)^2+∑2gli*(ω/ωi)^2/(Ci²*Ri))^0.5, 式中：ω2—隧洞出口下游渠道断面面积 ω—隧洞出口断面面积 ζj—几部水头损失系数 ωj—与ζj相应流速之断面面积 Li、ωi、Ri、Ci—某均匀洞段之长度、面积、水力半径、谢才系数 式中：ve—经济流速，明钢管和地下埋管为4~6m∕s； 压力钢管经济直径D=1.128(Q/ve)^0.5= 3.1402191006 ≈3.1 钢筋砼管为2~4m/s；坝内埋管为3~7m/s 或压力钢管经济直径D=(5.2*Qmax^3/H)^(1/7)= 3.4341736162 ≈3.4 Qmax—管道的最大流量 一、隧洞水头损失计算： H—设计水头 位置 断面尺寸 A(m2) ξi ni Li χi Ri Ci Ci² 2g v v² hm hf hw0Myz:Myz:压力引水道水头损失 高 宽 进水口 3.8 3.8 14.44 0.1002:坚:查水力学P184页方角为0.5圆锥状0.1~0.47圆角进口0.03~0.5 19.62 2.1468144044 4.6088120871 0.0234903776 进口闸门段 3.8 3.8 14.44 0.1 19.62 2.1468144044 4.6088120871 0.0234903776 进口渐变段 3.8 3.8 13.375 0.05002:坚:查水力学P189 19.62 2.3177570093 5.3719975544 0.0136901059 洞身段 15.3544 0.0215540823 8100 14.33 1.0714863922 46.931911058 2202.604275554 2.0189652477 4.0762206716 13.9900597122 洞身段 12.31 0.014 4583 12.76 0.9647335423 71.0024270136 5041.3446418177 2.5182778229 6.3417231934 5.9759007005 出口渐变段 3 3 10.655 0.2002:坚:查水力学P189 19.62 2.9094321915 8.4647956767 0.0862874177 缓弯段 DMyz:Myz:洞泾 RMyz:Myz:弯道半径 θMyz:Myz:弯道转角 ξi 2g v v² hm 20.2132574037 1 3.8 50 3.44 0.005007866 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0.0016186799 2 3.8 50 8.87 0.0129127243 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0.0041737473 3 3.8 50 28.69 0.0417661848 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0.0134999787 4 3.8 50 24 0.0349386 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0.0112931157 5 3.8 50 50 0.07278875 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0.0235273244 6 3.8 50 0 0 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0 7 3.8 50 0 0 19.62 2.5182778229 6.3417231934 0 缓弯段 断面尺寸 A(m2) ξi s(cm)Myz:Myz:栅条宽度 b(cm)Myz:Myz:栅条间距 β α 2g v v² hm 高 宽 拦污栅 5.5 5.8 31.9 0.9603776364 3 6 2.42 90 19.62 0.9717868339 0.9443696505 0.0462258661 二、压力管道水头损失计算： 位置 断面尺寸 A(m2) ξi ni Li χi Ri Ci Ci² 2g v v² hm hf hwmMyz:Myz:压力管道水头损失 高 宽 渐变段 3 3 15.46185 0.1002:坚:查水力学P184页方角为0.5圆锥状0.1~0.47圆角进口0.03~0.5 19.62 0.7955063592 0.6328303675 0.0032254351 主管段 2.1 2.1 3.46185 0.012 372.2 9.734 0.3556451613 70.1436301165 4920.1288459149 3.5530135621 12.6239053726 2.6852004972 蝶阀段 2.1 2.1 3.46185 0.2 19.62 3.5530135621 12.6239053726 0.1286840507 岔管段 2.1 2.1 3.46185 0.5 19.62 3.5530135621 12.6239053726 0.3217101267 支管段 1.4 1.4 1.5386 0.012 35 5.966 0.2578947368 66.4853307777 4420.2992086192 19.62 4.2246197842 17.8474123212 0.5479603757 3.7469788949 缓弯段 DMyz:Myz:洞泾 RMyz:Myz:弯道半径 θMyz:Myz:弯道转角 ξi 2g v v² hm 1 2.1 5 0.94 0.0014500646 19.62 3.5530135621 12.6239053726 0.0009330009 2 2.1 5 29.71 0.0458312958 19.62 3.5530135621 12.6239053726 0.0294887839 3 2.1 5 7 0.0107983531 19.62 3.5530135621 12.6239053726 0.0069478791 4 2.1 5 23 0.035480303 19.62 3.5530135621 12.6239053726 0.0228287456 二、阻抗式调压室水力计算 （一）、托马断面计算：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(α+1/(2g))*(H0-hw0-3*hwm)) 式中：Ath—托马临界稳定断面面积 L—压力引水道长度 A1—压力引水道断面面积 H0—发电最小静水头（电站上下游水位差） α—自水库至调压室水头损失系数，α=hw0/v²，（包括局部水头损失与沿程摩擦水头损失），在无连接管时用α代替（α+1/（2g）） v—压力引水道流速 hw0—压力引水道水头损失 hwm—压力管道水头损失 K—系数，一般可采用1.0~1.1 稳定断面A K AthMyz:Myz:托马稳定断面 L A1 H0 hw0 hwm α 2g 13.9913675112 1.1 12.7194250102 13200 12.31 200 25.57 5 4.0331230284 19.62 （二）、最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）：A=K*Ath=K*L*A1/(2g*(α+1/(2g))*(H0-hw0-3*hwm)) 1412 1、阻抗孔水头损失计算：hc=（Q/(Ψs)^2)/(2g) 1644 式中：hc—通过阻抗孔的水头损失 S—阻抗孔断面面积 ψ—阻抗孔流量系数，可由试验得出，初步计算时可在0.6~0.8之间选用 hc Q SMyz:Myz:一般取压力引水道断面积的0.3左右 ψ 2g 0.84 31 3.14 0.6 19.62 2、丢弃全负荷时的最高涌波计算（《水电站调压室设计规范》计算公式）： λ′=2gA(hc0+hw0）/(LA1v0²) 式中：hc0—全部流量通过阻抗孔的水头损失 λ′hc0 λ′ hc0 hw0 A A1 v0² L 2g 0.03 0.03 0.84 25.57 63.61725015 12.31 6.3417231934 12393 19.62 ⑴当λ′hc0＜1时按下式计算：(1+λ′Zmax)-ln(1+λ′Zmax)=(1+λ′hw0)-ln(1-λ′hc0) X 1.900171806 目标值 1.8854784888 Zmax 58 ⑵当λ′hc0＞1时按下式计算：(λ′|Zmax-1|)＋ln(λ′|Zmax|－1)=ln(λ′hc0-1)-(λ′hw0+1) X 目标值 Zmax 3、丢弃全负荷时的最高涌波计算（《水电站》计算公式）： ； ； ; ; ε hw0² A A1 v0² L g m′ QMyz:Myz:增加负荷前的流量 Q0Myz:Myz:增加负荷后的流量 1.42 653.8249 113.04 12.31 6.3417231934 13200 9.81 0.5 15.5 31 Zmin hw0 ε m′ 1618 4.33 25.57 1.42 0.5 4、增加负荷时的最低涌波计算：1+(((0.5ε-0.275m′^0.5)^0.5)+0.1/ε-0.9)×(1-m′)(1-m′/(0.65ε^0.62)) m′=Q/Q0 ε=LA1v0²/(gAhw0²) ε hw0² A A1 v0² L g m′ QMyz:Myz:增加负荷前的流量 Q0Myz:Myz:增加负荷后的流量 1.42 653.8249 113.04 12.31 6.3417231934 13200 9.81 0.5 15.5 31 Zmin hw0 ε m′ 4.33 25.57 1.42 0.5 3、甩负荷时的第二振幅Z2的计算： ； m′=Q/Q0 ε=LA1v0²/(gAhw0²)调保计算 水锤计算 一.水锤计算的起始和边界条件 (一)起始条件 水电站发生水锤现象时，管道中水流有稳定工况的恒定流变为不稳定工况的非恒定流，因此恒定流的终了时刻即为非恒定流的开始时刻。于是起始条件为： 当t=0时，管道中任何断面的流速为稳定运行时的流速，且没有水锤压力，如果不计水头损失，则起始条件可表达为： （二）边界条件 1.管道进水口 管道进口一般指水库或压力前池。由于水库面积大，水位变化比较慢，在水锤计算中不计风浪的影响，认为水库水位不变的常数是足够精确的。 压力前池的变化情况与渠道的调节类型有关。在水锤计算中也可认为前池水位不变。 因此，管道进口边界为 2.封闭端 若某一机组尚未装机，端部用闷头封死，称为封闭端，又称闷头，其边界条件相当于导叶完全关闭的机组或阀门 3.分叉管 分岔断面属于各岔管的共同断面，应保持压力相等，即 分岔处的流量应符合连续条件，即 4.调压室 调压室可认为是断面较大的分叉管，其边界条件为：调压室内有自由水面，因而隧洞、调压室与压力管道的交点处压力相同，同为调压室的静水压力，即 式中，下标s、y、t分别表示隧洞Ⅰ、压力管道Ⅱ和调压室，下同。同时满足连续条件 5.水轮机 1）冲击式水轮机 冲击式水轮机的最大引用流量 式中， —喷嘴全开时断面面积 —喷嘴流量系数 —水头 发生水锤后某一时刻，喷嘴断面面积为时，阀门处产生水锤压力，水头变为，流量系数变为，则引用流量为 式（9）和式（10）相除，得 引入：相对开度；相对水锤压力；压力管道相对流量和相对流速（为压力管道面积）。忽略不同开度时流量系数的微小差值，即，则有 当时，式（12）可改写为 2）反击式水轮机 为了简化计算，常假定压力管道出口边界条件为冲击式水轮机，求得水锤压力的近似值。Sheet2Sheet4Sheet5Sheet6