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申请/专利权人：中国水利水电科学研究院;吉林省水利水电勘测设计研究院

摘要：本发明涉及一种窄缝突扩式消力池和设计方法，包括：与有压隧洞出口处的控制闸门下游连接的抛物线反弧斜坡段渠道，抛物线反弧斜坡段渠道与消力池体、下游无压隧洞依次连接，在抛物线反弧斜波段渠道中部设置窄缝，窄缝包括：渠道的两侧侧壁向内逐渐倾斜的收缩段，收缩段出口处渠道的两侧侧壁之间的距离急剧增加，形成突扩段。本发明利用高速出流在窄缝收缩段产生急流冲击波，由窄缝激起的高速射流在消力池内垂向、纵向和横向充分拉伸、扩散、掺气，消力池中形成空间水跃，淹没射流和空间水跃在消力池中相互交汇、混合，水舌三面旋滚、卷吸掺气，消能率远高于传统底流消力池，能够满足引水工程安全稳定运行的要求。

主权项：1.一种窄缝突扩式消力池的设计方法，包括：与有压隧洞出口处的控制闸门下游连接的抛物线反弧斜坡段渠道，所述的抛物线反弧斜坡段渠道与消力池体、下游无压隧洞依次连接，所述的抛物线反弧斜波段渠道中部设置窄缝，所述的窄缝包括：渠道的两侧侧壁向内逐渐倾斜的收缩段，所述的收缩段出口处渠道的两侧侧壁之间的距离急剧增加，形成突扩段，所述的收缩段和突扩段的尺寸参数包括：窄缝上游收缩比：λ1＝b3b1；窄缝下游扩散比：λ2＝b4b3；窄缝长度：窄缝偏转角：窄缝突扩位置：x和y；式中：b1为窄缝上游闸室宽度；b3为冲击波反射断面宽度或窄缝出口宽度；l为窄缝收缩段长度；x和y分别为从斜坡末端起算的窄缝突扩点的水平和垂直距离；b4为窄缝下游消力池宽度，其特征在于：窄缝突扩式消力池的设计目标是：保证设计工况下消力池的共轭水深h4为下游实际水深hd的0.95～1.05倍，即淹没度σ＝hdh4＝0.95～1.05；已知闸室宽度b1，窄缝收缩前水深h1和弗汝德数Fr1，主要体型参数的设计步骤如下：步骤1，估选窄缝偏转角α和窄缝下游扩散比λ2的初值；步骤2，计算窄缝冲击波波角β1、冲击波交汇前后的水深比h2h1、冲击波交汇后的弗汝德数Fr2： 步骤3，计算冲击波反射的波角β2、反射波前后水深比h3h2和反射波后的弗汝德数Fr3： 步骤4，计算反射波断面宽度b3： 步骤5，计算突扩式消力池共轭水深h4： 步骤6，判断消力池共轭水深h4与下游水深hd的关系：如果消力池内淹没度σ＝hdh4＝0.95～1.05，则窄缝偏转角α和窄缝下游扩散比λ2的估值合理，计算给出窄缝突扩式消力池的体型参数，否则，若σ＜0.95，则减小窄缝偏转角α和增大下游扩散比λ2，重复步骤1～6，以减小共轭水深h4；或增加消力池挖深S，从而增大下游水深hd；若σ＞1.05，则增大窄缝偏转角α和减小下游扩散比λ2，重复步骤1～6，以增大共轭水深h4，或减小消力池挖深S，从而减小下游水深hd；步骤7，确定窄缝突扩式消力池体型参数：窄缝出口宽度：b3窄缝上游收缩比：λ1＝b3b1窄缝收缩段长度l：窄缝下游消力池宽度：b4＝λ2b3窄缝突扩位置高度：y＝hd-h32。

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