标准Ⅰ型马蹄形断面水力特性的研究.PDF

　 第３０卷第５期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．５　　 　　２０１３年 ５月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｍａｙ２０ １３　 　 　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５４８５．２０１３．０５．０１３ ２０１３，３０（０５）：５５－５９ 标准 型马蹄形断面水力特性的研究 Ⅰ 张志昌，李若冰 （西安理工大学 水利水电学院，西安　７１００４８） 摘要：为研究标准 型马蹄形断面正常水深、弗劳德数和收缩断面水深的计算方法，根据明渠均匀流理论、明渠恒 Ⅰ 定非均匀流理论和能量方程，分析了标准 型马蹄形断面的水力特性，提出了３种工况下的正常水深与流量关系、 Ⅰ 弗劳德数，以及２种工况下收缩断面水深的迭代计算公式，并通过算例给出了解题过程。研究成果计算简单、精度 高，可以应用于实际工程。 关　键　词：标准 型马蹄形断面；正常水深；弗劳德数；收缩断面水深 Ⅰ 中图分类号：ＴＶ１３３．１　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１－５４８５（２０１３）０５－００５５－０５ 以及收缩断面水深的计算方法，通过实例给出了计 算过程，为工程设计提供了方便。 １　研究背景 标准 型马蹄形断面是由底部的弓形、下部两 Ⅰ ２　标准 型马蹄形断面的基本形式 Ⅰ ［１］ 侧的扇形以及顶拱半圆形组成的 ，其中底部弓形 和圆心角 和两侧扇形的半径均为３ｒ，圆心角 为常数，顶拱 α 　　标准 型马蹄形断面见图１，它由底部弓形、下 半圆的半径为ｒ。由于断面形状比较复杂，文献［２］ Ⅰ 在计算标准 型马蹄形断面正常水深流量关系时没 部扇形和顶拱的半圆形断面组成。 Ⅰ 有给出具体计算公式，而是给出了表格以供查询。 近几年来，随着计算机的发展，迭代计算已变得非常 简单，有些学者对标准 型、 型马蹄形断面的水力 Ⅰ Ⅱ 特性进行了研究。文献［３－５］研究了标准 型马 Ⅱ 蹄形断面正常水深与流量的关系；文献［６］研究了 标准 型马蹄形断面均匀流水深的简化计算方法； Ⅱ 文献［７］对标准 型和 型断面的正常水深流量关 Ⅰ Ⅱ 系给出了迭代计算公式，但未给出详细的公式推导 图１　标准 型马蹄形断面 Ⅰ Ｆｉｇ．１　Ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｙｐｅｈｏｒｓｅｓｈｏｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ 过程；文献［８］引入准一次函数和准二次函数的概 Ⅰ 　　顶拱半圆的半径为ｒ，下部三圆弧段的半径均 念，将马蹄形断面分为３种情况，给出了正常水深的