泵站出水池的水力计算论述.pdfVIP

水 利 1 9 8 9年 6 月 SH U IL I 学 报 X U E B A O 第 6 期 泵站出水池的水力计算 * 来 鸿 儒 (陕西机械学院) 在泵站出水池设计中 , 由于缺乏可靠依据 , 往往导致 出水池设计尺寸不够合理 , 造 成出水池水力条件恶化并产生严重塞水或冲蚀 , 给泵站运行带来一系 列 问 题 t ’ , ’ J . 本 文通过系统的试验研究 , 提出了出水池水力计算的原则 、 方法和计算池长公式 , 供实际 工程参照采用 . 一 、 池中管口出流速度的确定 如所周知 , 流人 出水池中的管路出 口流速” 。 如果偏大 , 不仅增大了出口水力损失 , 浪费能源 , 同时还可能在 池中形成水跃 , 使水流紊乱并加剧了水力冲刷 . 因此应正确地 确定” 。 值 . 管口处水流比能E 可近似地表示为 E 一 (C + D 。 + P ) + ” {/ 2 9 = (C + D 。 + P )+ Q , / Z g F ; , ( 1 ) 式中 , F 。 为管 口断面面积 , O为流量 , 其它符号见图 工 . 吕“‘乙舀 二 二 止州 图 1 出水池各部位尺寸 、 符号 将式 ( 1 )对D 。 进行求导 (设C和P均为常数 ) 则得 d E / d D 。 = 1 一 (Q ’ / g F 言)(d F . / d D . )= 1 一 (” ; / g F 。 )(d F 。 / d D . ) , F 。 一 二D I/ 4 , 将其代人上式 中并令d E / d D 。 = o . ‘ . d F . / d D 。 = 派D . / 2 . 经简化整理后得临界出口流速为 ”。= 粉 。 = 2 . 2丫D . , ( 2 ) 如以管路 出口弗氏数 F r表之 , 则式 ( 2 ) 可写成 F r = 刀 。 / 丫g D 。 岛 0 . 7 . 可见 , 当F r 0 . 7时 , 管 口出流为缓流 , . 反之为急流 , 池中形成水跃 . 因此池中不产生 水跃的出口流速应为 * 曾参加本试脸的有韩非平 、 宋希科等 . 公 . 《 2 . 2召瓦 , 或D . ) o . Z lt, : . r 3 ) 当管路出口为矩形时 , 用上述方法可得临界流速为 ” , 一 3 . 2创a 。 , ( 4 ) 或 P尹一 ” 。 /召 g a 。 = 二 1 , ( 5 ) 式中 a 。 — 矩形断面的高度 . 泵站出水池管 口 出流的介一般为 0 . 4 5一 3 . 2 , 可见管口 出流可处于急流 状态 , 即在 池中可能形成水跃 . 但 由于F犷值一般较小 , 池中水深较大 , 所以其水跃多属于淹没式弱 水跃 , 池中水流是比较平稳的 , 因此 , 出水池无需考虑特殊的加固和消能措施 . 二 、 管 口淹没水平出流出水池的试验研究 这种出流型式泵站中采用的最多 , 为了揭示此型出水池水流运动规律 , 寻求各水力 要素与几何尺寸间的关系 , 曾对不同C 、 ” 。 、 池底型式 (水平 、 倾斜台坎 、 垂 直台坎 ) 以及局部整体和整休模型进行了各种组合试验 . 试验时采用的D 一 75 m m , ”。一 0 . 连5 一 2 . 8m / s , C值范围为 0 . 1 25 一 0 . 5m , 相应出口处的F : 为 0 . 5 一 3 . 2 , 可见所选模型的F : 值 与泵站出水池的管 口出流情况是相符的 . (一 )出水池中水流运动规律 由局部整体模型 (即单管池宽 )试验得知 , 管口 出流的特点 : ( 1 ) 出流属于有限 空间的淹没出流 , 因而受边界条件影响很大 ; ( 2 ) 出流是空间扩散的三元水流 , 不仅 有平面扩散 , 还有立面扩散 . 出流立面扩散由于受上部水滚的挤压 , 因 此 其 扩 散角a ’ (见图 l )在出流初始段很小 , 其值为 2 “ 一4 “ , 比无限空间淹没射流者为小 . 但在扩散 段的末端 , 由于表面水滚逐渐消失 , 水流上挑 , 扩散角增大 . 如从扩散段的首末端联一 直线 (图 1 ) , 则此线与水平线的夹角。 . 将随管 口淹没深度C之增大而增加 . 说明 “ . 并 不是一常数 , 同时当尸r 1 . 0 时 , 出口 流速” 。 对“ . 的影响较 小 . 除此 , 出 流 的起始段 (即出口 流速值的消失段 ) 的长度L x 约为 ( 2 . 5 一 3 . 5 ) D 。 , 这比无限空间淹 没 射流时 兀厂 (4 . 8 一 6 )D . 为小 . (二 ) 出水池尺寸的确定 1 . 池长的确定 目前国内对池长的计算多借助于一般水力学闸下出流有关公式或根 据无限空间淹没射流理论进行计算 , 这与实际情况出入颇大 .