一種特殊的平板閘門流量系數(shù)的討論

四川省都江堰管理局 黃曉川

平板閘門流量系數(shù)很重要，文獻[1-2]均對流量系數(shù)進行了數(shù)值模擬，文獻[3-7]對流量系數(shù)進行了不同的闡述，對于平板閘門流量系數(shù)研究比較成熟，但是對于普通的閘門前有長有壓進水口的闡述幾乎沒有，需要進一步研究。本文將利用瀏洋水庫的實驗數(shù)據(jù)對平板閘門前有涵洞的流量系數(shù)進行擬合，盡可能將閘門前影響水流的各個因素分開，分別求出各個因素的水頭損失，然后綜合求出流量系數(shù)。

1 試驗現(xiàn)象及公式的律定

圖1是瀏洋水庫泄水涵洞示意圖，為了便于分析，在涵洞的不同部位取了不同的斷面。圖2是瀏洋水庫水位為400.9m的3個斷面水頭線（圖上均為模型值）。另外筆者在作其它水庫水位實驗時得到的3個斷面水頭線與之類似。從圖2可以看出，隨著閘門開度的增大，2-2斷面水頭逐漸變小，3-3斷面的水頭逐漸變大，也就是說隨著相對開度增大涵洞進水口能量損失與沿程水頭損失之和也逐漸增大，而閘門處水頭損失卻逐漸減小。試驗中發(fā)現(xiàn)當閘門開度達到一定程度時，涵洞變成無壓洞，這時涵洞進水口有一收縮水深，涵洞里的水面達不到洞頂，這時起控制作用的是涵洞進水口，而不是閘門，此時閘門處水頭損失只是門槽的局部損失，相當小。當然這只是在試驗中才出現(xiàn)，實際工程中是不允許的。由此可見，對于直角進口，閘門開度較大時對于水流起關鍵調(diào)節(jié)作用是進水口，搞清楚涵洞進水口水頭損失相當重要。

圖1 瀏洋水庫涵洞示意圖

圖2 瀏洋水庫水位和流量的關系

經(jīng)變換得出直角進水口的經(jīng)驗公式為

用經(jīng)驗公式算得的值和實測值符合得較好，相關系數(shù)達到0.96。

根據(jù)查得的資料發(fā)現(xiàn)若將直角進口換成流線型進口，如圓角進口和喇叭形進口，其水頭損失系數(shù)一般在0.01～0.2之間，比直角進口小得很多。因此在設計時將進口設計成流線型可以減少水頭損失，增大泄流量。對于防洪應急很有好處。

2 閘門處流量系數(shù)的確定

根據(jù)水力學常用公式

圖4 與之間關系

3 流量系數(shù)的推導

由于

將（7）（2）式帶入（6）式得

將（8）式進行變換得

將（5）式帶入

得

筆者用計算機編程計算經(jīng)過檢驗計算值和實測值誤差不超過6%。部分計算值與實測值的相對誤差見圖5。

圖5 試驗值和計算值之間的誤差

4 結(jié)論

本文通過用實驗和理論推導的方法得到了一種特殊的平板閘門流量系數(shù)的公式，為

該公式和部分實際工程數(shù)據(jù)相比，比較吻合。當然該公式也需要廣泛運用，以便進一步檢驗。

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