一种新型异形椭圆无压隧洞断面的水力学分析
发布时间：2021-03-10 07:00
基于河流中心稳定点源条件下保守物质等浓度线方程,定义了一种新型Wu’s二参数曲线（异形椭圆）作为隧洞断面内轮廓线,该曲线是由隧洞断面最大高度H和最大宽度W表征的一条完整连续与导数光滑曲线。以压缩系数θ=W/H为判据,给出了H型、标准型和W型异形椭圆的形状分类;推导了异形椭圆无压隧洞断面的水面宽度、过水断面面积、湿周、水力半径等水力要素的理论计算公式;给出的异形椭圆断面流速比和流量比的理论计算公式及曲线适用于不同规格的断面尺寸、压缩系数、糙率和比降。实例分析表明,等效异形椭圆与马蹄形Ⅱ型（带倒角）无压隧洞断面的水力要素特征值吻合程度高;异形椭圆断面可作为一种新型的输水隧洞断面形式,极具学术研究价值。
【文章来源】：水利水电科技进展. 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
异形椭圆断面及其特征尺度示意图
异形椭圆的压缩系数定义为非对称轴方向的宽度(或半宽度)与对称轴方向的高度(或半高度)之比,也就是异形椭圆的宽高比θ=W/H(θ>0)。图2为不同压缩系数时的异形椭圆形状示意图。由图2可以看出,异形椭圆的形状随压缩系数的增大是由高瘦逐渐变为宽胖,所以压缩系数可以反映异形椭圆的形状特征。据此,我们对异形椭圆的形状进行分类:当压缩系数θ=1时,异形椭圆的宽度等于高度,称为标准型;当0<θ<1时,异形椭圆的宽度小于高度,称为H型(高瘦型);当θ>1时,异形椭圆的宽度大于高度,称为W型(宽胖型)。
在式(11)中,将自变量ζ的积分区间[0,α]划分为n=1/Δζ等分,每一等分的长度Δζ取1.0×10-4,一般就可以实现数值积分值与理论值的误差绝对值小于1.0×10-5。若需进一步提高数值积分的精度,可以通过缩小等分长度或更换数值积分方法,如MATLAB求定积分的功能。在区间(0, 1)上给定一系列充满度α值,可以由式(11)计算出一系列相应的μ值,从而得到异形椭圆的过水断面面积系数μ与充满度α的变化曲线,见图3。异形椭圆断面无压隧洞的净空高度比(1-α)、净空面积比(1-μ/μ1)一并绘制于图3中。由图3和计算数据可知,当α=0.5时,μ=0.442,则有异形椭圆的下半部分面积占隧洞断面面积的55.6%,上半部分面积占隧洞断面面积的44.4%;当α=0.273时,异形椭圆断面的净空高度比与净空面积比相等(0.727);当α>0.273时,在充满度相同条件下,异形椭圆断面的净空高度比大于净空面积比,有利于改善过流条件提高安全性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]马蹄形引水隧洞的断面优化研究[J]. 魏振荣. 水资源与水工程学报. 2017(04)
[2]标准马蹄形断面正常水深的直接近似计算公式[J]. 李风玲,文辉. 水利水电科技进展. 2015(02)
[3]引汉济渭大型深埋无压隧洞断面优化设计[J]. 罗涛,王大川,王灿. 人民黄河. 2014(12)
[4]蛋形断面无压隧洞水面线解析算法[J]. 滕凯. 水利水电科技进展. 2014(02)
[5]无压流六圆弧蛋形断面临界水深近似算法[J]. 滕凯. 水利水电科技进展. 2014(01)
[6]平底Ⅰ型马蹄形断面临界水深的简化计算公式[J]. 文辉,李风玲,赵洁,林超慧,唐壮丽. 水利水电科技进展. 2014(01)
[7]青岛市老排水涵管德式蛋形断面的水力学分析[J]. 武周虎,辛颖,武鹏崑,李冬桂. 中国给水排水. 2013(21)
[8]马蹄形断面正常水深的直接计算公式[J]. 赵延风,王正中,芦琴. 水力发电学报. 2012(01)
[9]大力发展异形钢筋混凝土涵管 绿色混凝土制品——椭圆涵管、卵形涵管介绍[J]. 曹生龙,高俊永. 混凝土与水泥制品. 2011(06)
[10]明渠混合污染物侧向和垂向扩散系数的计算方法及其应用[J]. 武周虎,胡德俊,徐美娥. 长江科学院院报. 2010(10)
本文编号：3074260
【文章来源】：水利水电科技进展. 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
异形椭圆断面及其特征尺度示意图
异形椭圆的压缩系数定义为非对称轴方向的宽度(或半宽度)与对称轴方向的高度(或半高度)之比,也就是异形椭圆的宽高比θ=W/H(θ>0)。图2为不同压缩系数时的异形椭圆形状示意图。由图2可以看出,异形椭圆的形状随压缩系数的增大是由高瘦逐渐变为宽胖,所以压缩系数可以反映异形椭圆的形状特征。据此,我们对异形椭圆的形状进行分类:当压缩系数θ=1时,异形椭圆的宽度等于高度,称为标准型;当0<θ<1时,异形椭圆的宽度小于高度,称为H型(高瘦型);当θ>1时,异形椭圆的宽度大于高度,称为W型(宽胖型)。
在式(11)中,将自变量ζ的积分区间[0,α]划分为n=1/Δζ等分,每一等分的长度Δζ取1.0×10-4,一般就可以实现数值积分值与理论值的误差绝对值小于1.0×10-5。若需进一步提高数值积分的精度,可以通过缩小等分长度或更换数值积分方法,如MATLAB求定积分的功能。在区间(0, 1)上给定一系列充满度α值,可以由式(11)计算出一系列相应的μ值,从而得到异形椭圆的过水断面面积系数μ与充满度α的变化曲线,见图3。异形椭圆断面无压隧洞的净空高度比(1-α)、净空面积比(1-μ/μ1)一并绘制于图3中。由图3和计算数据可知,当α=0.5时,μ=0.442,则有异形椭圆的下半部分面积占隧洞断面面积的55.6%,上半部分面积占隧洞断面面积的44.4%;当α=0.273时,异形椭圆断面的净空高度比与净空面积比相等(0.727);当α>0.273时,在充满度相同条件下,异形椭圆断面的净空高度比大于净空面积比,有利于改善过流条件提高安全性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]马蹄形引水隧洞的断面优化研究[J]. 魏振荣. 水资源与水工程学报. 2017(04)
[2]标准马蹄形断面正常水深的直接近似计算公式[J]. 李风玲,文辉. 水利水电科技进展. 2015(02)
[3]引汉济渭大型深埋无压隧洞断面优化设计[J]. 罗涛,王大川,王灿. 人民黄河. 2014(12)
[4]蛋形断面无压隧洞水面线解析算法[J]. 滕凯. 水利水电科技进展. 2014(02)
[5]无压流六圆弧蛋形断面临界水深近似算法[J]. 滕凯. 水利水电科技进展. 2014(01)
[6]平底Ⅰ型马蹄形断面临界水深的简化计算公式[J]. 文辉,李风玲,赵洁,林超慧,唐壮丽. 水利水电科技进展. 2014(01)
[7]青岛市老排水涵管德式蛋形断面的水力学分析[J]. 武周虎,辛颖,武鹏崑,李冬桂. 中国给水排水. 2013(21)
[8]马蹄形断面正常水深的直接计算公式[J]. 赵延风,王正中,芦琴. 水力发电学报. 2012(01)
[9]大力发展异形钢筋混凝土涵管 绿色混凝土制品——椭圆涵管、卵形涵管介绍[J]. 曹生龙,高俊永. 混凝土与水泥制品. 2011(06)
[10]明渠混合污染物侧向和垂向扩散系数的计算方法及其应用[J]. 武周虎,胡德俊,徐美娥. 长江科学院院报. 2010(10)
本文编号：3074260
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