马蹄形断面水力学计算

马蹄形断面在软弱岩石地段结构受力条件较好，故有多项水利工程采用这种型式断面。但因断面形状复杂，故水力学计算较繁琐。本文推导出一种常用的马蹄形断面的过水断面面积、湿周、正常水深、临界水深等水力要素特征值的计算公式，并制成电子表格以方便实际工作中采用。     

非标准马蹄形隧洞水力计算探讨

工程实际中,为优化马蹄形隧洞断面受力条件,常采用非标准型式的过水断面,但复杂的体型又会导致水力学计算非常困难。为解决这一工程难题,通过数学计算采用几何分割法和积分法推导出了两种非标准马蹄形断面任意水深对应的水力学要素解析式,并利用Excel等计算软件方便快捷地求出精确解析解。依托滇中引水工程,将推导的公式应用于非标准马蹄形隧洞断面水力要素拟定中,结果准确可靠,可为类似工程的水力学计算提供参考。     

马蹄形过水断面正常水深的迭代计算

马蹄形过水断面因几何图形复杂,水力计算困难,为此,通过数学推导,给出了标准Ⅰ、Ⅱ型 马蹄形过水断面水力 要素计算公式和正常水深迭代公式,并提出判别水深范围的分界流量,便于生产实际中应用。      

标准Ⅰ型马蹄形断面水力特性的研究

为研究标准Ⅰ型马蹄形断面正常水深、弗劳德数和收缩断面水深的计算方法,根据明渠均匀流理论、明渠恒定非均匀流理论和能量方程,分析了标准Ⅰ型马蹄形断面的水力特性,提出了3种工况下的正常水深与流量关系、弗劳德数,以及2种工况下收缩断面水深的迭代计算公式,并通过算例给出了解题过程。研究成果计算简单、精度高,可以应用于实际工程。     

马蹄形过水断面正常水深的迭代计算

马蹄形过水断面因几何图形复杂 ,水力计算困难 ,为此 ,通过数学推导 ,给出了标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形过水断面水力要素计算公式和正常水深迭代公式 ,并提出判别水深范围的分界流量 ,便于生产实际中应用。     

马蹄形隧洞过水断面临界水深的简化计算方法

针对马蹄形隧洞过水断面临界水深计算方法比较繁琐等问题,依据优化拟合原理,以标准剩余差最小为目标函数,在工程适用参数范围内进行逼近拟合,提出一种简化计算方法。该方法近似公式的表达形式更加简单直观,不必分段和进行判别选取,实际计算仅借助计算器即可快速完成。算例分析及精度比较表明,该简化计算方法的拟合替代精度高于有关文献,最大拟合相对误差仅为0.58%,且拟合相对误差小于0.5%的点占总计算点数的95%以上,可以满足实际工程的设计精度要求。     

马蹄形过水断面临界水深的迭代计算

蹄形过水断面是无压隧洞较常采用的断面形式之一,其几何图形由多段圆弧曲线构成,过水断面水力要素须由分段函数表示,水力计算困难。导出了标准Ⅰ,Ⅱ型马蹄形过水断面水力要素分段计算公式和临界水深迭代公式,并提出判别临界水深范围的分界流量,便于生产实际中应用。水力要素的计算结果在特征水深点是吻合的,由此证明水力要素分段公式在特征点的连续性和正确性。     

无压流圆形断面水力计算的迭代法

无压流圆形断面水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式,传统计算采用试算或查图进行。现通过均匀流公式和临界流方程导出了无压流圆形断面临界水深、正常水深水力计算的迭代公式,并给出了满足无压输水隧洞要求净空面积不小于全断面面积的15%,或净空高度不小于0.4m条件时的界限洞径与界限流量计算式,也给出了均匀流最大水深与最大流量的判别关系式,计算过程采用迭代法进行。经检验迭代公式具有较好的收敛性和较高精度。     

马蹄形隧洞水力计算迭代法

将迭代法用于无压马蹄形隧洞的水力计算，可使正常水深、临界水深的求解变得简单、快速。利用函数计算器进行２、３次迭代，可使相对误差小于５％、１％。     

标准马蹄形断面正常水深的直接近似计算公式

针对目前标准马蹄形断面正常水深计算过程烦琐、公式复杂的缺陷,对标准马蹄形断面均匀流基本方程进行数学变换,根据水工隧洞设计规范的要求和工程实际应用情况确定公式的适用范围,应用拟合优化原理得到标准马蹄形断面正常水深的简捷、实用的计算公式。计算结果表明:在工程常用范围内计算的正常水深最大相对误差为0.585%,整个区间内95%以上的计算点相对误差小于0.20%,精度较高,能够满足工程实践的需要。     

马蹄形引水隧洞的断面优化研究

高水头是引水隧洞设计中的难点之一,容易造成隧洞的衬砌破坏等问题。针对马蹄形隧洞结构内力偏大的问题,结合理正软件和有限元分析软件两者的优势,采用两种形式,即:侧弧段渐变衬砌厚度优化和断面尖角的"倒角"优化,对该隧洞进行了优化设计,得到经济可行的隧洞优化断面形式。研究发现:与原设计断面相比,这两种优化断面均可有效地提高结构的承载能力;相比渐变侧弧衬砌厚度优化,"倒角"优化更加经济可行。提出的优化设计方法与结论可为其他工程提供借鉴经验。     

城门洞形及马蹄形输入隧洞内的水跃

由于城门洞形和马蹄形断面输水管道中的临界水深、共轭水深的计算公式和计算曲线尚缺乏现成的资料.为工程上参考、使用的方便性，本文利用水流动量方程，分析这两种最常用的输水管道中的水跃问题.针对不同的跃前、跃后 水深的情况，推导了计算其相应的共轭水深的公式.文中给出了判别城门洞形和马蹄形断面两种输水隧洞中出现临界水深的计算表.为方便计算和工程参考，文中提供了共轭水深计算曲线。     

偏离水力最佳断面渠道运行效益分析计算

根据矩形和梯形断面的水力最佳断面条件,在保持过水断面面积、渠道底坡、边壁粗糙系数不变的情况下,推导出偏离水力最佳断面的矩形渠道和梯形渠道运行效率计算公式,绘出偏离量与效率的变化关系曲线,分析了偏离程度、过水断面面积、运行效率之间的相互变化关系,提出了由于偏离而影响运行效益的一般计算方法,并给出了算例。该方法在渠道设计方案选择时能快速、准确地计算出各方案的运行效益影响值。该方法也可对已建渠道进行评价。     

圆形断面临界水深的近似计算公式

通过对圆形断面临界流方程进行数学变换,得到圆形断面临界水深的近似计算公式,在工程常用范围内其最大相对误差小于0.86%。与现有的计算公式进行比较,结果表明该近似计算公式形式简单,计算精度高,使用方便。