[发明专利]一种趾坎跌坎消力池式底流消能工和设计方法

摘要

本发明涉及一种趾坎跌坎消力池式底流消能工和设计方法，包括：在来流坡面的底端设置的趾坎，所述的趾坎的下方接跌坎，所述趾坎和跌坎的下游设置消力池，所述消力池的下游设置挡水堰。本发明利用趾坎控制水跃，加强紊动扩散，提高消能率，缩短消力池长度，适应尾水位变化，使水流在消力池宽度上分布平均。同时采用趾坎形成收缩水流通道，可保证坎面不出现负压，达到收缩消能工的作用。利用跌坎形成一定深度的水垫，一可以避免出现临底漩涡或大幅降低趾坎后立轴漩涡强度，二是避免高速水流在趾坎后对消力池地板形成空蚀破坏，并可有效降低消力池临底流速。

主权项

1.一种趾坎跌坎消力池式底流消能工的设计方法，所述的趾坎跌坎消力池式底流消能工包括：在来流坡面的底端设置的趾坎，所述的趾坎的下方接跌坎，所述趾坎和跌坎的下游设置消力池，所述消力池的下游设置挡水堰；所述的趾坎的齿形为：与水流方向垂直的截面为矩形或正方形，与水流方向平行的立面为斜边为圆弧线的直角三角形，所述的圆弧线的曲率与来流坡面的曲率相同：其特征在于，所述方法的步骤如下：已知上游水位H1，下游水位H2，消力池底板高程H3，跌坎顶高程为H4，消力池宽度w；确定跌坎高度D2，根据经验公式：D2=－0.86Fr＋14.18其中：Fr为水流进入消力池的弗氏数，由下式计算得到：，其中：，，q设计为设计洪水下的单宽流量，V设计为设计洪水下水流入池流速，g为重力加速度；确定趾坎尺寸：已知：常遇洪水下，未设置趾坎情况下，泄洪单宽流量为q常遇，1）假设W1、W2、D1之间关系为：，W1=D1，并假定趾坎的齿数为n个，以及趾坎之间过流，齿顶不过流，λ在1.0~1.5之间选取；其中：W1为趾坎宽度、W2为趾坎间距离；2）计算趾坎的齿间单宽流量q：w=n×W1＋(n－1)×W2，；3）确定D1：以常遇洪水下趾坎间的单宽流量确定趾坎高度D1，其应略大于趾坎间水流的深度，因此可得到：，，式中V1常遇为常遇洪水时坎上流速；4）将D1=W1，λ带入下式：w=n×W1＋(n－1)×W2，如果等式成立，则表明步骤1）假设的n和λ是合适的；如果等式不成立，则重新假设n或λ，重复步骤1）～步骤4），直到等式满足为止。