Excel水力计算展示——消力坎式消力池水力计算 设计.
常用水力计算Excel程序使用说明解析
目录目录 (1常用水力计算Excel程序使用说明 (1一、引言 (1二、水力计算的理论基础 (11.枝状管网水力计算特点 (12.枝状管网水力计算步骤 (23.摩擦阻力损失,局部阻力损失和附加压头的计算方法 (2 3.1摩擦阻力损失的计算方法 (23.2局部阻力损失的计算方法 (33.3附加压头的计算方法 (4三、水力计算Excel的使用方法 (41.水力计算Excel的主要表示方法 (52.低压民用内管水力计算表格的使用方法 (52.1计算流程: (52.2计算模式: (62.3计算控制: (63.低压民用和食堂外管水力计算表格的使用方法 (73.1计算流程: (73.2计算模式: (73.3计算控制: (74.低压食堂内管水力计算表格的使用方法 (84.1计算流程: (84.2计算模式: (84.3计算控制: (95.中压外管水力计算表格的使用方法 (95.1计算流程: (95.2计算模式: (95.3计算控制: (106.中压锅炉内管水力计算表格的使用方法 (106.1计算流程: (106.2计算模式: (106.3计算控制: (11四、此水力计算的优缺点 (111.此水力计算的优点 (111.1.一个文件可以计算不同气源的水力计算 (111.2.减少了查找同时工作系数,当量长度的繁琐工作 (12 1.3.进行了计算公式的选择 (121.4.对某些小细节进行了简单出错控制 (122.此水力计算的缺点 (122.1不能进行环状管网的计算 (122.2没有采用下拉菜单等可操作性强的方式 (122.3没有将某些已有的管件压损计算公式模块嵌入计算表中 (122.4没有将气源性质计算公式计算表中 (12五、存在问题的改进 (13六、后记 (13常用水力计算Excel程序使用说明一、引言随着我国经济的迅猛发展,人们对居住环境及生活条件改善的需求更加迫切。
燃气以其高热值、低污染、使用方便、快捷等的优点正迅速代替其他燃料,成为城市居民及公共建筑、工业用户的主要燃料。
Excel水力计算展示——消力坎式消力池水力计算设计.
Excel 水力计算展示之专题11.消力坎式消力池的水力计算当泄水建筑物下游发生远离式水跃时，也可以采用修建消能墙，使墙前水位壅高, 以期在池内发生稍有淹没的水跃。
其水流现象与挖深式消力池相比，主要区别在于池出 口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。
水力计算的主要任务是确定墙高C 和池 长L B 0【工程任务】如图所示为一 5孔溢流堰，每孔净宽b=7m ，闸墩厚度d=2m ,上游河道宽度与下 游收缩断面处河道宽度相同，即Bo=Bc= nb + (n-1)d ，上下游水位的高程如图中所注, 当每孔闸门全开时，通过的泄流量 Q=1400m 3/s ，试求：判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一消力坎式消力池。
【分析与计算】1.判断是否需要修建消力池上游水面收缩断面处河底总能量为p = p = 55-10= 5m （）水力分析与计算a E 0 =p+H +^^ = p + H +2gQ 22g Rp 1+H ）B 0]2（式 11-1）H =1 6 2. 4 1=5 5 n7. 4Q =1 40Onn S )B 0 = nb+( n/) d =5 x 7 +( 5 -2= 3r2 ()代入上式可得:E 0 =55 +7.4 +=62.41(m)2X9.8X [(55+7.4)x43r收缩断面处的河道宽度B 0 = Be =43(m),则收缩断面处的单宽流量 q c =Q/B e =1400/43=32.56(m 3/(Sr))坝面流速系数半=1-0.015 p/H =1 —0.015x55/7.4 =0.885 收缩断面水深的计算公式为经迭代得h c =1.061(m)h e 的共轭水深为:h e '今卜8話"譽(卄91^"13.758何下游水深h t =110-100 =10(m)。
因为n <13.758(m)，所以产生远离式水跃，故需要 修建修建消力池，或修建消力坎。
利用Excel计算消力池收缩水深和池深
低 ，与当今社会的紧张高效的工作方式相抵触，所 以更 多 的 人 将 目光 投 向 了具 有 强 大 数 据 处理 功 能
的Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ软件 。
消力池末端宽度，ｍ ； 历一一 由消力 池底 板 顶面算 起 的总 势能 ，
一 一
Ｅ０ ＝
一 一
＋ｄ ＋
ｏ， ｍ；
１ 消 力池 深度计算的基本公式
ｆ ＿ ． （ ｈ ｅ ） 一３
显然 ｈ ｅ ＞０时 ，ｆ‘ （ ｋ ｃ ） ＜０ ，ｆ （ ｈ ｃ ） 为 上 凹 曲线 ，
有极 大佰 。
表 １ 各 字母所代表数据表
Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ Ｉ Ｊ Ｋ Ｌ Ｍ Ｎ Ｏ Ｐ Ｑ
同的流 量计 算 出不 同 的临界 水深 、 、 比较 、 ， 和相 应 的下 游水深 Ａ的大 小 ，二者 的差 为
Ｌ一 消力池 深度 ，ｍ ；
一
水跃 淹 没深度 ，规 范指 出采用 １ ． ０ ５ ～１ ． １ ０ ；
乜 一 一跃 后 水深 ，ｍ ：
广 一 出池 河床 水 深， ｍ ：
将公式 （ ２ ）进 行变 换 ，变 换后 的公 式为 ：
（ ６ ）
为 己知 值 。
Ｎ列 为 出池 落 差△ 根据 公式 （ ４ ）编程 为 ：
Ｎ ｉ ＝ （ Ｅ ｉ Ｄ ｉ ２ ） ２ Ｆ ｉ Ｇ ｉ ２ Ｍｉ ＾ ２ ） － （ Ｅ ｌ Ｄｉ ２ ） ／ （ ２ Ｆ ｉ Ｌ ｉ ２ ）
闸前 闸孔 过 闸 单 宽 动 能 加 速 流速 首端 末 端 假 设 计算 跃后 下 游 出池 淹没 假 设 计 算 水 位 净宽 流量 流量 系 数 度 系数 宽度 宽度 水 深 水深 水深 水 深 落差 系数 池 深 池 深
11 消力坎式消力池水力计算
=IF(B14>D4,"远趋式水跃
",IF(B14=D4,"临界式水跃
","淹没式水跃"))
hc
''
与h
的大小关系判断
t
/
工作簿 01
水力分析与计算子项目
首次计算按照自由溢流， 取值为1
=($B$9/(A16*$A$6*SQRT (2*9.8)))^(2/3)
水力计算Excel展示厅
之十一 消力坎式消力池水力计算
/ 水利水电建筑工程
水力分析与计算子项目
一 工程任务
如图所示为一5孔溢流堰，每孔净宽b=7m，闸墩厚度d=2m，上游河道 宽度与下游收缩断面处河道宽度相同，即B0=Bc=nb+（n-1）d，上下游水 位的高程如图中所注，当每孔闸门全开时，通过的泄流量Q=1400m3/s，试 求：判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一消力坎式消力池。
水力分析与计算子项目
使用编制好的excel表格
情形一：
计算结果：
水头H: 5m；
消力坎高度C：6.15m；
上游堰高P1:55m； 流量Q：900m3/s；
池长LB：51.15m。 不需修建第二道消力坎
下游水深ht=10m。
情形二：
计算结果：
水头H: 5m； 上游堰高P1:55m； 流量Q：900m3/s； 下游水深ht=6m。
工作簿 01
水力分析与计算子项目
1 0.015 p
H
/
工作簿 01
水力分析与计算子项目
=C4/A9 qQ
b
=$C$6*$D$6+($C$6 -1)*$E$6
B0 nb (n 1)d
11 消力坎式消力池水力计算
试算消力坎高度C′堰上总水头H10′(m)实用堰出流淹没高度h s（m）淹没系数σs′6.0 5.340.00 3.8206.1 5.24(0.10) 4.1146.2 5.14(0.20) 4.4406.3 5.04(0.30) 4.8026.4 4.94(0.40) 5.2046.5 4.84(0.50) 5.6526.6 4.74(0.60) 6.1516.7 4.64(0.70) 6.7076.8 4.54(0.80)7.3296.9 4.44(0.90)8.025如图所示为一5孔溢流堰，每孔净宽b=7m，闸墩厚度d=2m，上游河道宽度B0=Bc=nb+（n-1）d，上下游水位的高程如图中所注，当每孔闸门全开时，通过的泄流量Q=1400m3/s，试判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一挖深式消力池。
注2：若D13单元格中显示“否建消力池”，则无需进行消力池的水力计算。
注1：表格使用方法：1.橙色区域对应的参数为基本参数值，需人工输入具体数值；绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果，切勿人工输入数值。
单宽流量q′（m3/(sm)）是否为所求高度C(精度2%)87.552否91.653否96.097否100.910否106.121否111.764否117.873否124.488否131.652否139.414否注3：①“试算消力坎高度C”在折线实用堰淹没溢流的条件下，对消力坎的高度重新计算，当在橙色区域输入第一个试算高度后，可得到其后一差值为0.1的等差数列；②判断试算结束的精度默认为2%，若改变精度，需调整单元格F22:F31的程序。
③E8“消力高度C取值”为符合试算精度要求的多个假设坎高的平均值。
道宽度与下游收缩断面处河道宽度相同，即门全开时，通过的泄流量Q=1400m 3/s，试求：。
示“否，不需修无需进行消力池的水力1.橙色区域对应数值，需人工输入具体所对应的数据为程序自切勿人工输入数值。
用Excel程序进行水闸消力池的水力学设计
用Excel程序进行水闸消力池的水力学设计
冯臻;韩晓玲
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2003()5
【摘要】水闸消力池的水力学设计必须经过不断的试算方可确定 ,在设计中往往耗费大量的时间 ,为此 ,根据强大的数据处理软件Excel对消力池计算公式进行编辑 ,给出了一个快捷、方便、省时的消力池设计方法。
【总页数】2页(P51-52)
【关键词】消力池;水力学;水闸;Excel程序
【作者】冯臻;韩晓玲
【作者单位】新疆区乌鲁木齐市兵团勘测设计研究院二分院
【正文语种】中文
【中图分类】TV135.29;TV653.1
【相关文献】
1.浅析水闸设计中影响消力池设计尺寸的关键因素 [J], 程琳;张媛媛;李岩
2.水闸挖深式消力池消能设计研究 [J], 程汉昆;栾俊亮
3.水闸底流消能消力池三维设计二维出图的实现方法 [J], 牛立军;朱东方;王鹏
4.表底孔与消力池联合消能水力学研究 [J], 陈端;韩继斌;周赤
5.水闸消力池不同的排水孔布置消力池底板变化分析 [J], 赵壮
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利用excel表格进行自动喷水灭火系统的水力计算p
利用Excel表格进行自动喷水灭火系统的水力计算提要利用Excel电子表格进行自动喷水灭火系统的水力计算，可以减少工作量，提高准确度。
介绍了中危险II级一算例的计算方法。
关键词 Excel 喷头工作压力系统计算流量系统供水压力在进行自动喷水灭火系统的设计工作中，系统的水力计算是最核心的工作。
按照《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001以下简称“规范”）系统的设计流量应从作用面积内最不利点喷头的节点流量计算开始，然后对作用面积内喷头的流量逐个累加才能求得。
常见的几种典型布管情况的算例[1]中，利用表格形式进行计算，较为简洁明了。
但计算过程中若均由手工完成则工作量较大，同时常需要根据计算结果对最不利点工作压力和配水管管径进行调整。
这样，整个计算过程都将重新进行。
本文利用Excel电子表格进行自动喷水灭火系统的水力计算，只需输入原始数据及计算公式，即可利用Excel表格的自动填充功能迅捷得出计算结果，若需进行调整也十分便捷。
同时其它工程设计时也可利用本工程建立的表格，修改部分数据即可。
某些参数值如不同管径的比阻、管件的当量长度，一次输入后，以后计算时就不用再查阅工具书。
这样就可以提高设计工作的效率以及准确性。
1原算例简介现选取中危险II级一侧配水支管控制8只喷头算例，其布管形式见图1,原计算表格详见文献[1]。
其基本设计参数：①喷水强度q0=8L/(min﹒m2)；②计算作用面积F=160m2;③采用标准喷头，其流量系数K=80；④最不利点喷头工作压力的初次取值P=10mH2O;⑤喷头流量按式（1）计算：q=K/60*(P/10)1/2 （1）式中 P—喷头的工作压力，mH2O；q—喷头流量，L/s。
⑥各管段的管径系根据“规范”中表8.0.7确定。
⑦配水管管件的阻力按当量长度计算，其当量值见“规范”附录C。
⑧管道的阻力按比阻法计算，其计算公式如下：H=ALQ2 (2) 式中 H—管段的阻力损失，mH2O；L—管段的计算长度，m；Q—管段负荷流量，L/s；A—管道的比阻值，S2/L2。
基于EXCEL 自动喷水灭火系统管网计算
基于EXCEL自动喷水灭火系统管网计算随着国民经济的发展,人民生活水平的不断提高,多功能、高耸建筑林立满目。
要求安装自动喷水灭火系统的建筑物也越来越多。
《自动喷水灭火系统设计规范》2001年版也随之作了大量的修订,规范中的9.1.3规定,系统的设计流量应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定:按照规范要求累计作用面积内的每一个喷头的流量,计算非常繁琐,计算量大,容易出错,按经验估算,误差可能很大。
如果用EXCEL自动计算表格进行计算,能够简化很多计算步骤,并可根据流速随时调整管径大小,做到既简单准确又经济合理。
由于自动喷水灭火系统网嵌套计算很多,所以该计算表格主要采用数组公式进行编辑。
配水管的计算是利用管路特性系数进行,而配水支管则是利用喷头的特性系数进行计算,同一工程中,喷头的特性系数一般都相同,为已知值;而配水支管的管路特性系数则大多数是不同的,管路特性系数需求解,因此将计算表分成两部分,一部分计算配水支管,另一部分计算配水管。
现将EXCEL自动计算表格的设计过程分步介绍如下:设计表如下图,表格里加B、E、F列的数据须填写,其中比阻和计算内径须根据不同管材采用不同的计算方法。
《自动喷水灭火系统设计规范》第8.0.6:配水管两侧每根配水支管控制的标准喷头数,轻危险级、中危险级场所不应超过8只,同时在吊顶上下安装喷头的配水支管,上下侧均不应超过8只,严重危险级及仓库危险级场所均不应超过6只。
所以表格按配水支管共有8只喷头来制作。
对喷头不足8只的配水支管,剩下的表格可以空白。
1节点压力的计算1.1计算公式第一节点的压力为5mH2O,自第二节点起,节点压力的计算公式为:Hn=5+hn-hn′(n≥2)(1)式中:Hn—第n个节点处的水压(mH2O);hn—到第n个喷头的总沿程损失(mH2O);hn′—到第n个喷头的总高差(mH2O)。
1.2公式输入表格如上图,选定公式输入区域,点击编辑栏的等号,在等号后空白处输入5+(H4∶H11)—(I4∶I11),公式输入后,同时按下CTRL,SHIFT,ENTER三键,公式编辑结束。
利用Excel软件进行排水管道水力计算
面积 A 公式为
A = (arccos (1 - 2 k) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
(1 - 2 k) ) D2/ 4
(4)
当 > 0. 5 时 , 据文献 [2 ] , 推导出水力断面面积
A 公式为
A = (π - arcos (1 - 2 k) - (4 k - 4 k2) 0. 5 ×
目前 ,市场上有一些商业性的排水管网设计计 算软件 ,鉴于其知识产权及二次开发问题 ,一些设计 部门开始利用 Excel 软件来辅助排水管道的水力计 算 。从设计部门制作和网上下载的 Excel 电子表格 看 ,体现了 Excel 辅助排水管道水力计算直观 、快捷 的优点 ,但还存在查表频繁 、少数计算公式不正确及 参数调整随意等缺点 ,另外 ,在少数文献中 ,也存在 一些值得推敲的问题 。为此 ,有必要对 Excel 辅助 排水管道水力计算中出现的一些问题 ,作进一步的 探讨 ,并制作出科学的 Excel 电子表格 ,以保证排水 管道水力计算的规范和准确 。
m2 ,前者小于后者 。显然 , 公式 (5) 又出现充满度 k
值增大 ,水力断面面积 A 减小的错误 。
1. 3 管径 D 的求算问题
在进行管道水力计算时 , 是在已知设计流量 Q
及管道粗糙系数 n 条件下 , 求管径 D 、水力半径 R 、
充满度 k 、管道坡度 I 和流速 v 。由于方程中有 5 个
- (4 k - 4 k2) 0. 5 (1 - 2 k) ) ]} 0. 5
(7)
当 k > 0. 5 时 , D = { 4 Q/ [ v ×(π - arccos (2 k
- 1) - (4 k - 4 k2) 0. 5 (1 - 2 k) ) ]} 0. 5
用EXCEL进行地源热泵地埋管道水力计算
1.主要计算参数：
Φ25PE管的外径25mm
Φ25PE管的壁厚 2.3mm
Φ32PE管的外径32mm
Φ32PE管的壁厚3mm
Φ40PE管的外径40mm
Φ40PE管的壁厚 3.7mm
Φ50PE管的外径50mm
Φ50PE管的壁厚 4.6mm
Φ90PE管的外径90mm
Φ90PE管的壁厚8.2mm
DN32钢管的内径35.75mm
DN40钢管的内径41mm
DN125钢管的内径131mm
DN150钢管的内径156mm
DN200钢管的内径207mm
单个Φ25PEU型管中水的流量418.1kg/h171t/h,Φ25PE管共170*2+207/3=409路，假设每一路水PE管的当量绝对粗糙度k0.01mm《PE100聚乙烯管道应用于天然气中压主干管的分析》钢管的当量绝对粗糙度k0.2mm
7.5℃水的密度999.877kg/m3
32.5℃水的密度994.863kg/m3
7.5℃水的运动粘度 1.4E-06m2/s
32.5℃水的运动粘度7.6E-07m2/s
2.水力计算：
U型管与支管四种连接方式比较
第1组地埋管的冬季水力阻力（4口井同程并联）
上海沃特奇勒暖通工程有限公司 2012-12
7/3=409路，假设每一路水流量相同然气中压主干管的分析》。
Excel 迭代功能在水力计算中的应用
Excel 迭代功能在水力计算中的应用乔双全1伏世红1孟祥国2（1齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，齐齐哈尔，161006；2 嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，齐齐哈尔，161005）摘要：介绍了Excel的迭代功能，并应用于水力学公式求解，提出了直接迭代法、直接迭代加速法和隐式迭代法等3种应用Excel迭代功能进行水力计算的方法，并给出工程计算实例。
关键词：Excel；迭代；水力学；数值方法0 引言在水力计算中经常需要求解非线性方程的根，非线性方程数值求解方法主要有迭代法、二分法等，由于计算复杂，工作量大，需要借助计算机编程加以解决。
目前，水利行业水力计算软件数量少，工作中常常不能满足需要。
Excel 作为常见的数据分析工具，具有强大的数值处理功能。
采用Excel表格形式进行水力计算，无须编程，计算过程直观明了，便于阅读和改正，非常适合专业编程人员以外的工程设计人员理解和掌握。
然而，在运用Excel进行水力计算的过程中，很多工程设计人员不熟悉Excel迭代功能，而是直接列表手动试算，增加了工作量，降低了成果精度；另外，Excel只能进行显式函数关系试算，水力计算中很多公式函数关系是隐式的，很难转换为显式，不能直接利用其迭代功能进行试算。
本文拟利用Excel的迭代功能，设计直观的方程迭代算法，提出了迭代的加速算法和隐式函数关系迭代的算法，满足常见的水力计算求解。
1 求解方法使用Excel迭代计算，应首先设定迭代计算选项，Excel2003操作方法：点击菜单工具→选项，选中重新计算选项卡，选中“迭代计算”选择框，设定最多迭代次数和迭代误差。
Excel 迭代计算通过调整“可变单元格”的数值，使“目标单元格”达到一个特定值，“可变单元格”最终数值即为方程的解，求解精度由最多迭代次数和迭代误差设定。
1.1 直接迭代法当方程可用显式x=g(x)表达时，可用直接迭代法。
迭代法是一种逐次逼近的方法，其基本思路就是将隐式函数方程归结为一组显式的计算公式，其过程是一个逐步显示化的过程。
用Excel软件进行空调水系统的水力计算
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-
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用Excel程序进行水闸消力池的水力学设计
hc=Biblioteka (q φ)
α 2 g ( H0 - hc)
用 Excel 编程为 Ki = ( Di/ Gi) 3 POWER( Ei/ (2 3 Fi 3 ( Ai + Pi -
Ji) ) ,0. 5) ,在计算时 , Ji 给出的值为假定值 , Ki 所显示的值为
计算值 ,两个计算值一定要相等 , 即可得出收缩水深 hc ;L 列为 跃后水深 h″c , 可根据公式 (2) 进行编程 , Li = ( ( POWER( (1 +
(8 3 Ei 3 Di^2) / ( Fi 3 Ki^3) ) ,0. 5) - 1) 3 Ki/ 2) 3 ( Hi/ Ii) ^0. 25 ;
M 列为下游水深 h′s ,为 Ci (过闸流量) 对应的下游河 (渠) 水深 ,
为已知值 Mi ;N 列为出池落差Δ Z ,根据公式 (4) 变换编程为 Ni
52
用 Excel 程序进行水闸消力池的水力学设计 冯 臻 韩晓玲
ΔZ
=
2
α q2 gφ2 h′s2
-
α q2 2 g h″c2
(4)
式中 d 消力池深度 ,m ;
δ0 水跃淹没系数 ,规范指出可采用 1. 05～1. 10 ; h″c 跃后水深 ,m ; h′s 出池河床水深 ,m ;
(2) 输入已知数据和计算公式 。根据以上定义 , 工作薄中 A 列即为闸前水位 ,确定水闸最不利的工作状况时 , 闸前水位应 为设计水位 , 在计算中这一数据已知 , 为 Ai ;B 列为闸孔净宽 , 在计算中其数据已知 ,为 Bi ;C 列过闸流量 Q 为一变量 ,在计算 中可根据递增的方法事先假定 ,为 Ci ;D 列为单宽流量 , 等于过 闸流量除以闸孔净宽 ,可写成 Di = Ci/ Bi ; E列为动能校正系数 α, Ei = 1. 00 ～ 1. 05 (可在此范围内直接取用) ; F 列为重力加速 度 g ; G列为流速系数 φ, Gi = 0. 95 ; H 列为消力池首端宽度 b1 , 为已知值 ,直接输入即可 ,为 Hi ; I列为消力池末端宽度 b2 ,为已 知值 ,直接输入即可 ,为 Ii ;J 和 K列分别为假定的收缩水深和计 算的收缩水深 hc , 在编程中应对公式 (3) 进行变换 ,变换后的公 式为 :
水闸稳定计算 excel
水闸稳定计算 excel水闸稳定计算是一项重要的工程计算，主要用于评估水闸的稳定性和安全性。
在水闸设计和运营过程中，进行稳定计算是必不可少的，它可以帮助工程师确定和优化水闸的结构和尺寸，保障水闸的正常运行和安全使用。
水闸的稳定计算主要涉及到水力计算和结构力学计算两个方面。
水力计算主要用于评估水流对水闸的压力和力的作用，而结构力学计算则用于评估水闸结构的抗力和承载能力。
这两个方面的计算相互关联，共同决定了水闸的稳定性。
在水力计算方面，需要考虑到水流对水闸的冲击力、水压力和水动力力的影响。
工程师可以借助流体力学的原理和公式来计算这些力的大小和分布情况，并进一步评估水闸结构的受力情况。
水压力和水动力力的大小主要取决于水流速度、水流方向和水流量等因素，而冲击力则取决于水流的流态和期间波动等因素。
结构力学计算主要用于评估水闸的抗力和承载能力，包括重力荷载、水压力荷载、冲击力荷载等因素的影响。
工程师需要使用结构力学的原理和公式，计算水闸的受力情况，并进一步评估水闸结构的安全性。
水闸结构的抗力主要取决于材料的力学性质和结构的形状和尺寸等因素，而承载能力则取决于水闸的结构设计和构造方式等因素。
为了保障水闸的稳定性和安全性，工程师需要进行全面而系统的计算和评估。
他们需要收集和分析大量的水力和结构参数，如水流速度、水流方向、水流量、水闸尺寸、水闸结构形状等。
然后，他们可以利用这些参数，借助相关的计算方法和工具，进行水闸稳定性的综合计算和评估。
在实际的工程设计和运营中，工程师通常会使用电子表格软件，如Excel，来进行水闸稳定计算。
Excel提供了强大的计算和数据处理功能，可以方便地进行各种计算和分析。
工程师可以使用Excel的公式和函数，建立相应的计算模型和工作表，输入相关的参数和数据，进行水闸稳定性的计算和分析。
在进行水闸稳定计算时，工程师通常需要进行多重计算和分析，以获得全面和可靠的结果。
他们可以使用Excel的排序、筛选和汇总功能，对水闸稳定性的计算结果进行统计和比较。
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Excel 水力计算展示之专题11. 消力坎式消力池的水力计算当泄水建筑物下游发生远离式水跃时，也可以采用修建消能墙，使墙前水位壅高，以期在池内发生稍有淹没的水跃。
其水流现象与挖深式消力池相比，主要区别在于池出口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。
水力计算的主要任务是确定墙高C 和池长B L 。
【工程任务】如图所示为一5孔溢流堰，每孔净宽b=7m ，闸墩厚度d=2m ，上游河道宽度与下游收缩断面处河道宽度相同，即d 0c B B nb (n 1)==+-，上下游水位的高程如图中所注，当每孔闸门全开时，通过的泄流量Q=1400m 3/s ，试求：判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一消力坎式消力池。
【分析与计算】1.判断是否需要修建消力池上游水面收缩断面处河底总能量为[]220021022()v Q E p H p H gg p H B α=++=+++ （式11-1）将 11551055()p p m ==-=162.41557.4()H m =-= 31400(/)Q m s =0(1)57(51)232()B nb n d m =+-=⨯+-⨯=代入上式可得： []2021400557.462.41()29.8(557.4)43E m =++=⨯⨯+⨯收缩断面处的河道宽度043()c B B m ==，则收缩断面处的单宽流量3/1400/4332.56(/())c c q Q B m s m ===坝面流速系数10.015/10.01555/7.40.885p H ϕ=-=-⨯= 收缩断面水深的计算公式为20222c c cq E h g h ϕ=+ （式11-2） 即 222232.5669.662.4129.80.885c c c c h h h h =+=+⨯⨯ 经迭代得 1.061()c h m =c h 的共轭水深为：22331.06132.56''(181)(181)13.758()229.8 1.061c c c h q h m gh =+=⨯+⨯=⨯ 下游水深11010010()t h m =-=。
因为13.758()t h m <，所以产生远离式水跃，故需要修建修建消力池，或修建消力坎。
2.设计消力坎式墙高墙高计算基本公式为 2232''()2('')2c cj c j c q C h g h m gσσσ=+- （式11.3） （1）先假设消力墙坎处为自由溢流此时，1s σ=，又0.42m =， 1.05j σ=，代入上式得：223232.561.0513.758''7.89()2(1.0513.758)10.4229.8C m g =⨯+-=⨯⨯⨯⨯ 验证消能墙上的流态：2102''''2('')c j c j c q H h c g h σσ=-+2232.561.0513.7587.8929.8(1.0513.758)6.81()m =⨯-+⨯⨯⨯=1010107.890.3120.456.74t h c hs H H --===<，属于自由出流，说明假设正确。
即计算的墙高也正确，但需要检查消能墙后的底流衔接形式。
（2）消力池后底流消能衔接形式的判别 这时消力墙前的总能量为202'''2('')c j c j c q E h g h σσ=+2222''2('')32.561.0513.78529.8(1.0513.785)14.470.2614.73()c j c j c q h g h m σσ=+=⨯+⨯⨯⨯=+=经迭代计算得1 2.32()c h m =收缩断面的共轭水深21131''(181)2c c c c h q h gh =+ 232.3232.56(181)29.8 2.328.56()m =⨯+⨯⨯=因为1''c t h h <，故为淹没式的水跃衔接，不需要修建第二道消力坎。
（3）消力池池长的计算自由水跃的长度 6.9('') 6.9(13.785 1.061)87.8()j c c L h h m =-=⨯-= 消力池长度0.750.7587.865.85()J B L L m ==⨯=【Excel 迭代计算】由以上计算步骤可以看出，计算过程较繁琐，涉及到收缩断面水深的迭代求解，池深计算等复杂的计算过程。
使用Excel 计算软件进行计算，可大大加快计算速度。
按照消力坎式消力池的计算思路，在Excel 表格中编制相应的计算程序，如图11-1和图11-2所示。
图11-1和图11-2所示的表格，使用时应注意的问题：注1：表格使用方法：1.橙色区域对应的参数为基本参数值，需人工输入具体数值；绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果，切勿人工输入数值。
注2：若D13单元格中显示“否，不需修建消力池”，则无需进行消力池的水力计算。
注3：①“试算消力坎高度C ”一栏为是在折线实用堰淹没溢流的条件下，对消力坎的高度重新计算，当在橙色区域输入第一个试算高度后，可得到其后一差值为0.1的等差数列；②判断试算结束的精度默认为2%，若改变精度，需调整单元格F22:F31的程序。
③E8“消力高度C 取值”为符合试算精度要求的多个假设坎高的平均值。
11-1 挖深式消力池excel计算表（工作簿01）图11-2 挖深式消力池收缩水深hc excel计算表（工作簿02）注意：橙色区域对应的参数为基本参数值，需人工输入具体数值；绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果，切勿人工输入数值！表11.1 excel计算程序公式汇总计算项目序号名称Excel公式水力计算公式实用堰参数计算结果1 闸门总宽度B0(m) A9=$D$6*$E$6+($D$6-1)*$F$6 0cB B nb n1==+-（）d2单宽流量q（m3/(sm)）B9=C4/A9QqB=3上游行进流速v0（m/s）C9=C4/((A4+B4)*A9) 010()Qvp H B=+4 上游总水头E0(m) D9=A4+B4+C9^2/(2*9.8)20222cccqE hg hϕ=+判断是否修消力池5 收缩水深hc（m）A13='02 自动迭代（勿动）'!C8第1次迭代（02工作簿）C4='01 计算表格'!$B$9/('01 计算表格'!$E$4*SQRT(2*9.8*('01 计算表格'!$D$9+$B$2-'02 自动迭代（勿动）'!B4)))2()cccqhg E hϕ=-6第2次迭代（02工作簿）B5=C47C5='01 计算表格'!$B$9/('01 计算表格'!$E$4*SQRT(2*9.8*('01 计算表格'!$D$9+$B$2-'02 自动迭代（勿动）'!B5)))8第3次迭代（02工作簿）B6=C59C6='01 计算表格'!$B$9/('01 计算表格'!$E$4*SQRT(2*9.8*('01 计算表格'!$D$9+$B$2-'02 自动迭代（勿动）'!B6)))- 7 -计算项目序号名称Excel公式水力计算公式10第4次迭代（02工作簿）B7=C611 C7='01 计算表格'!$B$9/('01 计算表格'!$E$4*SQRT(2*9.8*('01 计算表格'!$D$9+$B$2-'02 自动迭代（勿动）'!B7)))12第5次迭代（02工作簿）B8=C713 C8='01 计算表格'!$B$9/('01 计算表格'!$E$4*SQRT(2*9.8*('01 计算表格'!$D$9+$B$2-'02 自动迭代（勿动）'!B8)))14 收缩断面共轭水深hc"（m）B13=A13/2*(SQRT(1+8*$B$9^2/(9.8*A13^3))-1)23''(181)2c ccch qhgh=+-15 下游水跃形式C13=IF(B13>D4,"远趋式水跃",IF(B13=D4,"临界式水跃","淹没式水跃")) ——16 是否需要修建消力池D13=IF(OR(C13="远趋式水跃",C13="临界式水跃"),"是，需要修建消力池","否，不需修建消力池")——消力坎高度计算情况一：自由溢流17折线形实用堰掩上总水头H0(m)B16=($B$9/(A16*$A$6*SQRT(2*9.8)))^(2/3)2310()2csqHm gσ=18 消力坎高度C(m) C16=$B$6*$B$13+$B$9^2/(2*9.8*SQRT($B$6*$B$13))^2-B162232''()2('')2c cj cj cq qC hg h m gσσσ=+-19实用堰出流淹没高度hs（m）D16=D4-C16 s th h c=-- 8 -计算项目序号名称Excel公式水力计算公式20 A16单元格A16=IF($F$16="自由溢流","情况一：属自由溢流，请检验是否需修建第二坎消力坎","属淹没溢流，请参考情况二")——21 实用堰下游收缩水深h c1（m）A19='02 自动迭代（勿动）'!$G$8 ——22 收缩断面共轭水深h c1"（m）B19=A19/2*(SQRT(1+8*$B$9^2/(9.8*A19^3))-1)21131''(181)2c ccch qhgh=+-23 消力坎后的水跃形式C19=IF($B$19>$D$4,"远趋式水跃",IF($B$19=$D$4,"临界式水跃","淹没式水跃")) ——24 是否需要修建第二道消力坎D19=IF($C$19="淹没式水跃","不需修建第二道消力坎","需要修建第二道消力坎") ——消力坎高度计算情况二：淹没出流25堰上总水头H10′(m)B22=$B$6*$B$13-A22+$B$9^2/(2*9.8*($B$6*$B$13)^2)2102''''2('')cj cj cqH h cg hσσ=-+26实用堰出流淹没高度hs（m）C22=$D$4-A22 s th h c=-27 淹没系数σs′D22=3.82-14.9*C22/B22+25.74*(C22/B22)^2-14.66*(C22/B22)^3210103103.8214.925.74()14.66()s ssh hsH HhHσ=-+-28单宽流量q′（m3/(sm)）E22=D22*$A$6*SQRT(2*9.8)*B22^(3/2)3210'2'sq m g Hσ=- 9 -计算项目序号名称Excel公式水力计算公式29 是否为所求高度C(精度2%)F22=IF(ABS((E22-$B$9)/$B$9)<0.02,"是","否") ——消力坎高度计算30消力坎高度C取值（m）E9=IF($D$13="是，需要修建消力池",IF($F$16="自由溢流",$C$16,IF(COUNTIF(F22:F31,"是")>0,SUMIF(F22:F31,"是",A22:A31)/COUNTIF(F22:F31,"是"),"假设坎高不符合要求，请重新假设")),"不需修建消力池")——消力池长度计算31消力池池长L B取值取值（m）E13=IF(D13="是，需要修建消力池",C6*6.9*(B13-A13),"不需修建消力池")JBl l（0.7～0.8）- 10 -【编写计算程序时需要注意的问题】①正确使用常用的计算函数。