溜槽坡度对消力池的影响
偶尔影响盆地静水作业的一个因素是盆地上游溜槽的坡度。上述实验的范围十分广泛,足以说明这一因素。试验表明,只要进入跳水的射流速度分布合理均匀,就跳水性能而言,消浪池上游溜槽的坡度不重要。
对于陡坡槽或短平坡槽,速度分布可视为正态分布。然而,对于长而平的滑槽,底部和侧壁的摩擦阻力足以产生一个中心速度,大大超过底部或侧壁。
当这种情况发生时,静止盆地的中心比两侧更活跃,产生了带有强大侧涡流的不对称跳跃。当斜槽的辐散角太大时,水也会跟着倾斜,这种效果也会出现。
在这两种情况下,跳跃的表面都是异常粗糙和起伏的,而且跳跃的前方位置总是不可预测的。当长斜槽位于静水盆地之前时,通常的做法是使上游部分异常平坦,然后将坡度增加到2:1,或与射流的自然轨迹相对应,即在静水盆地之前。
最不利的条件已观察到在长渠斜槽终止于消力池。在未来的设计中,利用III型水池可以实现明显的改进,即使用长而平的溜槽。楼板上的挡板桥墩往往会改变不对称射流,从而使整体运行状况得到改善。
典型的带挡板的斜槽(巴基斯坦)
斜槽
建议
根据前面的讨论,对斜胶圈的设计提出了以下规则:
- 确定一种能够在最大排放条件下获得最大经济效益的裙板布置。这是一个控制因素,也是使用斜围裙的唯一理由。
- 定位裙板,使跳跃的前面将形成在坡的上游端最大。在停机坪的坡度和位置符合液压要求之前,通常需要进行几次试验。可能需要提高或降低裙板,或完全改变原来的坡度。
- 最大或部分流量的跳跃长度可以从基于实验的水力图中得到。消水盆裙是由设计者决定的。在最大流量条件下,平均总停机坪为跳跃长度的60%。根据河床岩石的质量和其他当地条件,裙板可以加长或缩短。如果裙板设置在松散的物料上,且下游河道状况较差,宜使裙板的总长度与跳跃长度相同。
- 当裙板设计为最大流量时,应确定尾水深度和可用于消能的水池长度是否足够。如果尾水深度足够或超过中间排放的跳跃高度,这种设计是可以接受的。如果尾部水深不足,则可能需要尝试不同的坡度或重新定位的倾斜部分的停机坪。对于局部流动,跳变的前端不一定要在斜翼的上游端形成。
- 如果提供适当的尾水深度,水平和倾斜的胶圈在弗劳德数较高的情况下也同样有良好的性能。
- 当进入静池时流速分布和水流深度合理均匀时,静池上游溜槽的坡度对水力跳跃的影响不大。
- 一个小的坚实的三角形窗台,放置在围裙的末端,是唯一需要与倾斜的围裙连接的附件。它的作用是在水流离开停机坪时提升水流,从而控制冲刷。它的维度并不重要;最有效的高度在O.O5D2 (D2=跳跃后的高度)和O.10D2之间,坡度为3:1到2:1。
- 溢洪道的设计应使其在消力池内的水流尽可能接近对称。(这适用于所有静水池。)不对称产生巨大的水平涡流,可将河床的物质带到裙板上。这种材料,循环的漩涡可以磨损围裙和附件在盆里的一个非常惊人的速度。涡流也会破坏翼墙和说唱。不对称操作是昂贵的操作,应不断提醒操作人员这一事实。
- 如果高溢洪道的流量超过每英尺裙宽500 c.f.s.,且存在任何形式的不对称,以及对于弗劳德数较高的情况,即静水池的成本越来越高,而其性能相对较不令人接受,则建议进行模型研究。
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