倒虹吸水力计算问题

倒虹吸管水力计算问题●矩形断面倒虹吸管的水力计算●计算公式倒虹吸管为压力管流，各有关技术参考资料的倒虹吸管水力计算公式有一定出入，分别介绍如下。1．《水力计算手册》的计算公式： 式中：△Z为倒虹吸管总水头损失；△Z1为进口渐变段水头损失；△Z2为 管身水头损失；△Z3为出口渐变段水面回升；V1为上游渠道平均流速； V2为进口渐变段末端流速；V为管身流速；V3为下游渠道平均流速；ω 为管身断面；Li、Ri、Ci分别为管身计算段长度、水力半径、谢才系数； ζ1及ζ2分别为进、出口渐变段的局部水头损失系数；ζi为拦污栅、门 槽、管进口、管身弯道等局部水头损失系数。●计算公式2．《水工设计手册》的计算公式：《水工设计手册》介绍的计算公式与《水力计算手册》的主要差别为：（1）在计算倒虹吸管总水头损失△Z时，《水工设计手册》的公式没有考虑进口渐变段的水面降落△Z1及出口渐变段的水面回升△Z2，即倒虹吸管总水头损失△Z就等于上述管身段的水头损失△Z2。（2）在管身段的水头损失计算中，二者对管出口局部水头损失系数的采用有所不同：《水力计算手册》△Z2计算式中的最后一项(V2-V22)/2g相当于出口局部水头损失，此项可改写为(1-V22/V2)(V2/2g)，即相应出口局部水头损失系数为1-（V22/V2）。按《水工设计手册》的“倒虹吸管水力计算提示”，则其采用的出口局部水头损失系数为1.0。●计算公式3．《倒虹吸管》计算公式：《灌区水工建筑物丛书》及《取水输水建筑物丛书》的《倒虹吸管》也基本上采用了与《水工设计手册》相同的计算方法，与其不同之处为：（1）出口局部水头损失系数ζ出按下式计算：ζ出=(1-V渠/V管)2式中：V管为管身流速；V渠为下游渠道流速。（2）说明如管内流速超过2.5m/s时，应考虑出口水面回升。●计算公式4．南水北调中线一期总干渠初步设计《渠道倒虹吸技术规定》采用的计算公式：●计算公式4．南水北调中线一期工程总干渠初步设计《渠道倒虹吸技术规定》采用的计算公式。式中：V1为上游渠道平均流速；V2为进口渐变段末端流速；V为管身流速；V3为管出口后断面平均流速；V4为下游渠道平均流速；(ω1为上游渠道过水断面；ω2为进口渐变段末端过水断面；ω为管身断面；ω3为管出口后过水断面；ω4为下游渠道过水断面)；△Z1为进口闸墩引起的水面降落；k为闸墩头形状系数，半圆形墩头可取为0.9；α为闸墩总厚度与闸室总宽之比；ω为束窄断面的流速水头与水深之比；hj1为进口渐变段的局部水头损失；hj2为出口渐变段的局部水头损失；ζ进为进口渐变段的局部水头损失系数；ζ出为出口渐变段的局部水头损失系数；L1及L2分别为进口渐变段及出口渐变段长；J1及J2分别为进口渐变段及出口渐变段的平均水力坡度；V1及V2分别为进口渐变段及出口渐变段的平均流速；R1及R2分别为进口渐变段及出口渐变段的平均水力半径；C1及C2分别为进口渐变段及出口渐变段的平均谢才系数。●计算公式南水北调中线工程设计的计算公式与《水力计算手册》的有关计算公式基本相同，与其不同之处为：（1）在倒虹吸管总水头损失△Z的计算式中增加了一项闸墩引起的水面降落△Z1；（2）将《水力计算手册》△Z2计算式中的最后一项(V2-V22)/2g改为(V32-V22)/2g，即将该项中的管身流速V改为管出口后断面的平均流速V3；（3）另增加一项出口局部水头损失系数ζ管出口，其值为：ζ管出口=（1-ω/ω3）2上式与《倒虹吸管》的公式基本相同，不同的是上式为管身断面与管出口后过水断面之比的关系，《倒虹吸管》的公式为管身断面与下游渠道过水断面之比的关系。（4）△Z1及△Z3的算式中分别增加了一项沿程水头损失J1L1及J2L2；（5）在△Z3的计算式中，是管出口后断面与下游渠道的流速水头之差，而《水力计算手册》的△Z3计算式中则为管身与下游渠道的流速水头之差。（6）在hj1及hj2的计算式中，两个断面流速水头之差采用的是绝对值，因为局部水头损失应是正值。在《水力计算手册》的△Z1计算式中，如V2<V1，其局部水头损部分也应按两个断面流速水头之差的绝对值计算。●管身弯道局部水头损失系数不同计算公式的分析比较各种计算方法所采的各种局部水头损失系数基本相同，但所采用的弯道损失系数计算公式有所不同。压力管弯道局部水头损失系数的计算公式很多，计算值差别很大。《水力计算手册》的表1-3-4中只列有圆形缓弯管及圆形急弯管的弯道局部水头损失系数计算公式。《倒虹吸管》所介绍的弯管局部水头损失系数计算方法实际上仅适用于圆形缓弯管，且其值是众多弯道局部水头损失系数公式中计算值最大的。对于矩形断面倒虹吸管的弯道局部水头损失系数，宜采用《水工设计手册》的矩形管道缓弯公式(3-4-45)～(3-4-48)计算（南水北调中线一期工程总干渠初步设计《渠道倒虹吸技术规定》采用了此式）：式中：ζ6为弯管局部水头损失系数；H为管高；R为弯道中心半径；α为弯道中心的圆心角。●倒虹吸管水力计算的类型倒虹吸管的水力计算一般有以下三种情况：(1)已知流量及管径、管数，计算水头损失。这种情况可直接利用有关公式一次算得各部位及总的水头损失；(2)已知流量及设计水头，计算管径及管数。这是通常的一种设计情况，这时不可能一次算得结果，而需通过试算求解；(3)已知管径、管数及上下游水位差（总水头损失），计算过水流量。这种情况相当于过水能力核算，可根据上述有关水头损失计算公式按下式计算：式中：Q为过水流量；ω为管身断面积；Z为上下游水位差（总水头失）；μ为流量系数；L为管身长；R为管身水力半径；C为管身谢才系数；∑ζi为包括出口局部水头损失系数在内的管身各项局部水头损失系数之和。●圆形断面倒虹吸管的水力计算●计算公式圆形断面倒虹吸管可按《水工设计手册》及《倒虹吸管》介绍的方法计算，《灌溉与排水工程设计规范》介绍的方法也与此相同。圆形断面倒虹吸管水力计算公式如下： 式中：Z为总水头损失；L为管长；D为管径；C为管身谢才系数； ∑ζi为包括出口局部水头损失系数在内的管身各项局部水头损失系数之和 。圆形断面缓弯管的弯道局部水头损失系数按《水力计算手册》表1-3-4 介绍的式计算： 式中：ζ6为弯道局部水头损失系数；D为管径；R为弯道中心半径； α为弯道中心的圆心角。