如图所示某工程输水隧洞。AKCE为泄洪主洞,洞径D=6m,长度LAK=40m,LKC=60m,LCE=100m。BC为施工导流洞,也留其参
如图所示某工程输水隧洞。AKCE为泄洪主洞,洞径D=6m,长度LAK=40m,LKC=60m,LCE=100m。BC为施工导流洞,也留其参加泄洪,其洞径d=4m,长度LBC=150m,整个隧洞皆用混凝土衬砌,两洞之高差zk=19m,隧洞的局部阻力系数分别为∑ξA-K=1.14,∑ξK-C=0.23(均相应于主洞中流速vAC),∑ξB-C=4.47(相应于支洞流速)。问当总流量Q=600m3/s时,所需水头H为若干?要保证隧洞中为有压流,洞口在水面下的淹没深度为其直径的两倍,问上述条件下能否保证洞中为有压流。
(1)求流量Q1和Q2。
AC管和BC管在C点相并联,则在C点的水头损失相同,即
(1)
对于隧洞,粗糙系数n=0.014,R1=D/4=6/4=1.5,R2=d/4=4/4=1.0,则
=1.51/6/0.014=76.42
=1.01/6/0.014=71.43
=8×9.8/76.422=0.0134 (2)
=8×9.8/71.432=0.0154 (3)
将以上各式代入式(1)得
(4)
整理得,v1=1.78v2。
v1=4Q1/(πD2)=4Q1/(π×62)=Q1/(9π)
v2=4Q2/(πd2)=4Q2/(π×42)=Q2/(4π)
则 Q1/(9π)=1.78Q2/(4π)
由上式得 Q1=4.005Q2
依题意 Q1+Q2=Q=600
联立以上二式得Q1=480.12m3/s,Q2=119.88m3/s。
(2)求水头H。
v1=Q1/(9π)=480.12/(9π)=16.98m/s
v2=Q2/(4π)=119.88/(4π)=9.54(m/s)
v3=4Q3/(πD2)=4×600/(π×62)=21.22(m/s)
以断面0-0为基准面,写上游断面和管道出口断面的能量方程
将有关数据代入得H=23.44+5.13+21.222/(2×9.8)=51.54(m)
(3)能否保证洞中为有压流。洞口在水面下的距离为
H-zk=51.54-19=32.54(m)
2D=2×6=12(m)
洞口在水面下的距离大于要求的孔径的2倍,所以满足洞中有压流的条件。