首页>技术知识>理水工程>述水景中的跌水水景设计算法

述水景中的跌水水景设计算法

    跌水水景水量过大则能耗大,长期运转费用高;跌水水景水量过小则达不到预期的设计效果。

    在水景设计中,跌水水景是构成溪流、叠流、瀑布等水景的基本单元,具有动态和声响的效果,因而应用较广。

    与静态水景不同,动态水景的水是流动的,其流动性一般用循环水泵来维持,水量过大则能耗大,长期运转费用高;

    水量过小则达不到预期的设计效果。

    因此,根据水景的规模确定适当的水流量十分重要。

    1跌水水景的水力学特征及计算

    跌水水景实际上是水力学中的堰流和跌水在实际生活中的应用,

    跌水水景设计中常用的堰流形式为溢流堰。

    根据δ和H的相对尺寸,堰流流态一般分为薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流等三种形式:

    当δ/H<0.67,为薄壁堰流;0.67<δ/H<2.5,为实用堰流;2.5<δ/H<10,为宽顶堰流;δ/H>10,为明渠水流,不是堰流。

    跌水水景设计中,常用堰流形态为宽顶堰流。

    当跌水水景的土建尺寸确定以后,首先要确定跌水水景流量Q,

    当水流从堰顶以一定的初速度v0落下时,它会产生一个长度为ld的水舌。

    若ld大于跌水台阶宽度lt,则水景水流会跃过跌水台阶; 

    若ld太小,则有可能出现水景水舌贴着水景跌水墙而形成壁流。

    这两种情况的出现主要与跌水水景流量Q的大小有关,

    设计时应尽量选择一个恰当的跌水水景流量以避免上述现象的发生。 

    1.1跌水水景流量计算

    跌水水景流量计算

    水景根据水力学计算公式,一般宽顶堰自由出流的流量计算式为:

    Q=σc·m·b·(2g)0.5·H1.5=σc·M·b·H1.5式中b–堰口净宽H–包括行进流速水头的堰前水头,

    H=H0+υ02/2g式中υ0–行进流速关σc–侧收缩系数m–自由溢流的流量系数,与堰型、堰高等边界条件有M=m·(2g)0.5

    当堰口为矩形时,侧收缩系数σc为1,

    上述计算式即简化为《给水排水设计手册》中的流量计算式:

    Q=m·b·(2g)0.5·H1.5=M·b·H1.5

    上式中,M(或m)为流量系数,与堰的进口边缘形式有关;

    b为堰口净宽,为已知,

    因此要求出水景流量Q,关键要确定出堰前水景水头H,

    堰前水景水头一般先凭经验选定、试算。

    通常H的初试值可选为0.2~0.4kPa,当水景堰口为直角时宜取上限,

    堰口为斜角或圆角时取下限。

    H初值选定后,根据上述计算式算出跌水水景流量Q,由于Q值为试算结果,

    还须根据跌水水景水舌的长度对Q的大小作进一步的校核和调整。

    1.2校核水景水舌长度校核水景水舌长度水景根据水力学的计算公式,

    溢流堰的跌落水景水舌长度为:ld=4.30D0.27P式中D=q2/(g·p3)q–堰口单宽流量,q=Q/b,m3/(s·m)p–跌水墙高度,mg–重力加速度,9.81m/s2

    上式中各参数已知,可计算出跌水水舌长度ld,为了防止水舌跃过跌水台阶或贴着跌水墙,同时考虑到水舌落到跌水台阶(宽度为lt)上引起溅射,

    一般ld应在0.1~2/3lt(m)之间,如计算的ld不在此范围内,则应调整堰前水深,重新试算流量Q, 

    并按上述步骤校核ld直至满足要求。

    一般情况下,跌水水景流量越小则ld越小,消耗的动力越小,

    对降低水景的长期运转费用十分有利。

    有时,当计算出的ld较小,又不想增大Q时,

    可以在溢流堰的出口增加一段檐口,以改善堰流的出流条件,防止水流贴壁。

    2计算实例

    某宾馆根据其地形条件在大堂内设计一溢流式跌水景,为扇形结构,

    第一级跌水高度P为2.1m,堰口为弧线形,长度b=14.65m,

    堰顶宽δ=0.15m,跌水台阶宽度lt=0.7m.

    2.1计算跌水流量Q

    根据宾馆大堂环境的要求,跌水流量不须太大,

    因此,初始选定堰前水头H=0.2kPa,

    根据堰流的出口形式,流量系数M=1417.4,因此试算流量:

    2.2校核跌水水舌

    校核跌水水舌ld根据试算流量Q可求出跌水景溢流口的单宽流量:

    q=Q/b=4.007×10-3m3/(s·m)

    由此得D=q2/(g·p3)=1.7673×10-7 

    跌水水舌长度:ld=4.30×D0.27×P=0.136m0.1<ld<2/3lt

    经校核,跌水景水舌长度lt在合理范围内,

    因此,选定的流量可作为选用跌水景循环水泵的依据。
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧

需要支持?

如果通过现有技术内容没办法解决您的问题,请在线提问获取我们的支持!

个人中心
今日签到
有新私信 私信列表
搜索