一种窗口式排水井架流量系数测定方法与流程

本发明涉及一种窗口式排水井架流量系数测定方法，属于水工结构工程与模型试验
技术领域：
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背景技术：
：在实际工程中经常会遇到测定流量系数的情况，但是在分析时都尽量简化工程流体力学来进行计算，将其简单的判断，没有考虑流体在流动的过程中会发生各种流量脉动，会产生水力损失，尤其是在管道弯曲处，管道直径变化处，或者是缸体中有小孔泄露等处都要用到流量系数。这样单纯的将所求的流量系数应用到实际工程中不能取得较好的效果。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种窗口式排水井架流量系数测定方法，以用于在不同程度淹没圈梁的情况下，新建排水竖井排水窗口不同出流方式下的综合流量系数的有效测定。本发明技术方案是：一种窗口式排水井架流量系数测定方法，所述方法的具体步骤如下：step1、通过实际排水竖井相关参数，新建排水竖井水力学模型；step2、通过测试不同工况下实际排水竖井中排水窗口的水头与泄流量，即得到新建排水竖井水力学模型中排水窗口的水头与泄流量；step3、在新建排水竖井水力学模型中，确定排水窗口堰上水头与泄流量的曲线；step4、根据排水窗口堰上水头与泄流量的曲线关系，在不同程度淹没圈梁的情况下，确定新建排水竖井排水窗口的泄流方式；新建排水竖井排水窗口首先以自由堰流的形式泄流；刚好达到圈梁临界处时，排水窗口以自由孔流形式泄流；当淹没圈梁时，排水窗口以孔堰混合形式泄流；step5、根据堰流综合流量系数公式求解在排水窗口不同泄流方式下堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数，从而得到排水窗口不同泄流方式下堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数范围。所述步骤step5中，堰流综合流量系数的公式为式中m为堰流的流量系数，包括侧收缩，行进流速水头及其它因素影响的综合的流量系数；q为泄流量，单位为m3/s；b为泄水宽度，对于第一层排水窗口取内径为4.1m，即内周长为12.88m，内周长再减去8个立柱的宽度3.2m，那么有立柱位置的过水宽度为9.68m，所以泄水宽度b取9.68m；g为重力加速度，g＝9.8m/s2；h为堰上水头，对新建排水竖井用库水位减去1162计算，单位为m。本发明的有益效果是：1、本发明通过确定堰上水头与泄流量的曲线，以及窗口出流方式以准确反映窗口堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数的关系。2、本发明通过对圈梁不同淹没程度影响进行分析，能为实际工程提供借鉴方法，促进窗口式排水井架流量系数测定的提高。附图说明图1为本发明流程图；图2为本发明新建排水竖井排水窗口堰上水头与泄流量关系图；图3为本发明新建排水竖井第一排8个排水窗口堰上水头与排水窗口综合流量系数关系图；图4为本发明堰上水头低于圈梁示意图；图5为本发明堰上水头到达圈梁临界处示意图；图6为本发明堰上水头淹没圈梁示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。实施例1：如图1-6所示，一种窗口式排水井架流量系数测定方法，所述方法的具体步骤如下：step1、通过实际排水竖井相关参数，新建排水竖井水力学模型；step2、通过测试不同工况下实际排水竖井中排水窗口的水头与泄流量，即得到新建排水竖井水力学模型中排水窗口的水头与泄流量；本次模型试验共选择7个试验工况进行试验，各试验工况对应的下泄流量见表1。表1试验工况表step3、在新建排水竖井水力学模型中，确定排水窗口堰上水头与泄流量的曲线；如图2；step4、根据排水窗口堰上水头与泄流量的曲线关系，在不同程度淹没圈梁的情况下，确定新建排水竖井排水窗口的泄流方式；新建排水竖井排水窗口首先以自由堰流的形式泄流；刚好达到圈梁临界处时，排水窗口以自由孔流形式泄流；当淹没圈梁时，排水窗口以孔堰混合形式泄流；如图4-6；step5、根据堰流综合流量系数公式求解在排水窗口不同泄流方式下堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数，从而得到排水窗口不同泄流方式下堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数范围，如图3。所述步骤step5中，堰流综合流量系数的公式为式中m为堰流的流量系数，包括侧收缩，行进流速水头及其它因素影响的综合的流量系数；q为泄流量，单位为m3/s；b为泄水宽度，对于第一层排水窗口取内径为4.1m，即内周长为12.88m，内周长再减去8个立柱的宽度3.2m，那么有立柱位置的过水宽度为9.68m，所以泄水宽度b取9.68m；g为重力加速度，g＝9.8m/s2；h为堰上水头，对新建排水竖井用库水位减去1162计算，单位为m。表2新建排水竖井第一排8个排水窗口堰上水头与排水窗口综合流量系数的关系水头(m)0.250.751.251.752.503.003.50流量系数0.160.320.370.420.430.410.33实施例2：如图1-6所示，一种窗口式排水井架流量系数测定方法，所述方法的具体步骤如下：step1、通过实际排水竖井相关参数，新建排水竖井水力学模型；step2、通过测试不同工况下实际排水竖井中排水窗口的水头与泄流量，即得到新建排水竖井水力学模型中排水窗口的水头与泄流量；本次模型试验共选择7个试验工况进行试验，各试验工况对应的下泄流量见表3。表3试验工况表step3、在新建排水竖井水力学模型中，确定排水窗口堰上水头与泄流量的曲线；如图2；step4、根据排水窗口堰上水头与泄流量的曲线关系，在不同程度淹没圈梁的情况下，确定新建排水竖井排水窗口的泄流方式；新建排水竖井排水窗口首先以自由堰流的形式泄流；刚好达到圈梁临界处时，排水窗口以自由孔流形式泄流；当淹没圈梁时，排水窗口以孔堰混合形式泄流；如图4-6；如图2所示当新建排水竖井第一排8个排水窗口泄流时，堰上水头小于2.5m，流量小于81.68m3/s时，第一排窗口以自由堰流的形式泄流；当堰上水头大于2.5m，流量大于81.68m3/s时，靠近立柱的水流先接触第一排窗口上面横梁的下缘前端，随着堰上水位上升至3m，流量增至101.86m3/s时，第一排窗口以自由孔流形式开始泄流；当水头大于3m，流量大于101.86m3/s时，第二排窗口开始以自由堰流形式泄流，而第一排窗口以自由孔流形式泄流，此时水流流态为上层的自由堰流和下层的自由孔流混合流态泄流；当水头大于3.5m，流量大于105.04m3/s时，第二排窗口开始以淹没堰流形式泄流，而第一排窗口以淹没孔流形式泄流，此时水流流态为上层的淹没堰流和下层的淹没孔流混合流态泄流。step5、根据堰流综合流量系数公式求解在排水窗口不同泄流方式下堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数，从而得到排水窗口不同泄流方式下堰上水头与泄流量所对应的综合流量系数范围；如图3所示自由堰流流量系数在0.16～0.43之间变化，自由孔流流量系数在0.43～0.41之间变化，孔堰混合流量系数在0.41～0.33之间变化。随着堰上水头的增高，综合流量系数先增加，后有所减小，这是由于堰上水头增加到一定数值后，下落水流相互碰撞，泄流不畅，影响到堰的泄流能力，类似淹没出流，因此综合流量系数有所减小。所述步骤step5中，堰流综合流量系数的公式为式中m为堰流的流量系数，包括侧收缩，行进流速水头及其它因素影响的综合的流量系数；q为泄流量，单位为m3/s；b为泄水宽度，对于第一层排水窗口取内径为4.1m，即内周长为12.88m，内周长再减去8个立柱的宽度3.2m，那么有立柱位置的过水宽度为9.68m，所以泄水宽度b取9.68m；g为重力加速度，g＝9.8m/s2；h为堰上水头，对新建排水竖井用库水位减去1162计算，单位为m。表4新建排水竖井第一排8个排水窗口堰上水头与排水窗口综合流量系数的关系水头(m)0.250.751.251.752.503.003.50流量系数0.160.320.370.420.430.410.33上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。当前第1页12