[發明專利]一種明渠擴散段均流裝置及其安放位置的計算方法

無效

• 申請號: 201510001752.4
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104652350A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 朱澤;寧亞偉;顧雯;羅曉麗;郝夢茹;蔡慶擬;胡濤;黃小祥;張志才;陳喜
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B3/00
• 分類號: E02B3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：包括：呈等腰三角形的頂板（1）、與所述頂板（1）平行設置的呈燕尾型的底板（2）、連接所述頂板（1）的外側邊和所述底板（2）的外側面的2塊迎水前坡板（3）、與所述頂板（1）的底相重合且頂角向所述底板（2）所在平面傾斜的呈等腰三角形的迎水后坡板（4）、連接所述迎水前坡板（3）的后側邊與所述底板（2）的末端端點的側翼外墻（5）及連接所述迎水后坡板（4）的腰與所述底板（2）的末端端點的側翼內墻（6）。

2.根據權利要求1所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述底板（2）為左右對稱結構，對稱軸為所述底板（2）的中心線，對稱軸兩端為兩個全等的三角形；呈燕尾型的所述底板（2）中部為呈三角形的空白區，所述空白區的頂點至所述底板（2）的頂點的距離小于所述頂板（1）的高。

3.根據權利要求1所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述迎水前坡板（3）與側翼內墻（6）上設置有貫穿的導流孔（7），所述導流孔（7）與所述頂板（1）相平行設置。

4.根據權利要求3所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述導流孔（7）為方形，所述導流孔（7）的底邊與所述底板（2）的外側邊相重合。

5.根據權利要求3所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述導流孔（7）的中心線與所述底板（2）的對稱軸平行，垂直于中心線的橫切面為圓，穿過所述迎水前坡板（3）和所述側翼內墻（6）。

6.根據權利要求1所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述頂板（1）的頂角為分流角θ，θ的角度范圍為25~?35°。

7.根據權利要求6所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述頂板（1）的頂角修圓，所述側翼外墻（5）采用直立面與緩坡斜面過渡，所述均流裝置的平面轉折處均采用圓弧過渡，以減緩所述均流裝置遭到的明渠水流的空蝕破壞。

8.根據權利要求7所述的一種明渠擴散段均流裝置，其特征在于：所述迎水前坡板（3）的坡率為1：9~10；所述迎水后坡板（4）的坡率為1：7~8；所述緩坡斜面的坡率為1：4~6。

9.一種明渠擴散段均流裝置安放位置的計算方法，其特征在于：當C_S3斷面與躍首斷面重合時，明渠水躍呈穩定狀態，選擇均流裝置合適的安放位置就要滿足使C_S3斷面與躍首斷面重合，為了確定均流裝置的安放位置，對均流裝置末端產生的干擾線進行了分析研究，發現干擾線軌跡具有非常明顯的線性關系：

Y=-?KX+?C??????（1）?

式（1）中X為以C_S1斷面為起始點沿明渠水流方向的距離，X的長度范圍在C_S1斷面與躍首斷面之間；Y為干擾線末端距明渠邊壁的橫向距離，根據非棱柱體明渠急流沖擊波理論，可以得到系數K，

K=αtan（β）???（2）

式（2）中α代表明渠水流動量橫向分布函數的參數；β代表明渠末端水流單寬流量相關的水力參數；

考慮邊界條件，

在C_S1斷面：X=?0時，Y=?C=?1/2（B-b）??（3）

在C_S3斷面：Y=?0時，X=?x?????????????（4）

式（3）中B代表明渠寬度；b代表均流裝置尾部斷面處的寬度；（B-b）代表均流裝置尾部斷面處的過流寬度；1/2（B-b）代表均流裝置尾部端點距離明渠邊壁的距離；

式（4）中x代均流裝置尾部斷面處距躍首斷面的長度；

此時可以由式（1）、式（2）、式（3）和式（4）推出均流裝置的相對安放位置x/?B：

將式（2）、式（3）代入式（1），得到：

Y=-（αtan（β））X+（B-b）/2??????（5）

將式（4）代入式（5），得到：

0=-（αtan（β））x+（B-b）/2???????（6）

由式（6）變換可得到：

x=1/2(B-b)/（αtanβ）???????????????（7）

將式（7）的兩端均除以B得到：

x/B=1/2(B-b)/[（αtanβ）B]??????????（8）

由于λ=(B-?b)/B

故得出：

x/B=1/2λ/（αtanβ）?????（9）

式（9）中λ代表收縮比，λ為均流裝置尾部斷面處的過流寬度(B-?b)與陡明渠寬度B之比；α取值范圍在0~1之間；β取值范圍在0~90°之間；λ取值范圍在0.25~0.42之間；此處的α和β不取兩個端點值；

故x/B=0.4～0.6

即當均流裝置尾部斷面處距躍首斷面的長度與明渠寬度的比值在0.4～0.6之間時，C_S3斷面與躍首斷面重合，明渠水躍呈穩定狀態，均流裝置的分流能力與分流效果最好；

躍首斷面：明渠末端的水流不穩定會出現水躍，取開始出現水躍的斷面即為躍首斷面；

C_S1斷面：均流裝置尾部的斷面即為C_S1斷面；

C_S3斷面：均流裝置的干擾線達到明渠邊壁的斷面即為CS3斷面；

干擾線：均流裝置的邊界干擾會使均流裝置的邊壁附近的高速水流產生一系列干擾波，向下游傳播和反射，由于明渠的淺層急流對干擾波缺乏反饋抑止作用，這些隨機性微小的干擾波就會“愈演愈烈”，形成累加遞增，最終導致明渠末端躍首斷面動量橫向分布失去均衡，使水躍偏移，產生干擾現象，這個干擾想象產生的干擾波所形成的外輪廓線就是干擾線。

10.根據權利要求9所述的一種明渠擴散段均流裝置安放位置的計算方法，其特征在于：所述均流裝置的潛沒度γ也影響均流裝置的分流能力與分流效果；均流裝置對明渠水流垂向干擾程度用潛沒度γ反映，均流裝置的分流能力與潛沒度γ成正變關系；當潛沒度γ在0.55~0.65時，C_S3斷面的動量分布最均衡，均流裝置的分流效果最好；

γ代表均流裝置厚度h₁與明渠水深h之比；h₁代表均流裝置的側翼外墻的直立面厚度與二分之一的緩坡斜面厚度之和；

當25°<θ<?35°，0.25<λ<?0.42范圍內時，當γ>?2.5時，均流裝置才會露出明渠水面。