挑流消能（trajectory bucket type energy dissipation）是指在泄水建築物末端設挑流鼻坎，使水流向下游挑射，通過射流在空中的擴散、紊動和摻氣作用，消除部分能量，然後跌落到離鼻坎較遠的河槽中，在沖刷坑和一定的尾水深度所形成的水墊中消能。
能耗大體分三部分：急流沿固體邊界的摩擦消能；射流在空中與空氣摩擦、摻氣、擴散消能；射流落入下游尾水中淹沒紊動擴散消能。
基本介紹
- 中文名：挑流消能
- 外文名：trajectory bucket type energy dissipation
- 學科：水利工程
- 領域：工程技術
簡介,原理,設計,其他消能,
簡介
挑流消能（trajectory bucket type energy dissipation）是指在泄水建築物末端設挑流鼻坎，使水流向下游挑射，通過射流在空中的擴散、紊動和摻氣作用，消除部分能量，然後跌落到離鼻坎較遠的河槽中，在沖刷坑和一定的尾水深度所形成的水墊中消能。
原理
挑流消能的工作原理是利用鼻坎將水流挑向空中，並使其擴散，摻入大量空氣，然後落入下遊河床水墊，形成旋滾，消耗能量約20%。
挑流消能通過鼻坎可在挑流範圍內有效地控制射流落入下遊河床的位置、範圍及流量分布，對尾水變幅適應性強，結構簡單，施工、維修方便。但其下游沖刷較嚴重，堆積物較多，尾水波動與霧化都較大。挑流消能套用較廣，適於中、高水頭，大、中、小流量的各類建築物。
設計
挑流消能設計的主要內容有：選擇鼻坎形式，確定鼻坎高程、反弧半徑、挑角，計算挑距和下游沖刷坑深度等。鼻坎形式很多，常用的有連續式鼻坎、差動式鼻坎，還有扭曲鼻坎、斜切鼻坎、擴散式鼻坎和窄縫式鼻坎等
1979年中國首創寬尾墩挑流消能形式，用於潘家口水利樞紐，消能效果顯著。鼻坎可以多層設定，使水流橫向擴散,縱向分層落入河中;也可以布置成使兩股水舌在空中互相碰撞消能的對沖式（上下對沖式和兩側對沖式）。挑流鼻坎的高程，根據建築物布置、工程結構和水力條件等綜合要求確定，一般可略高於下游最高水位。挑流鼻坎反弧半徑R多採用反弧最低點水深h的8～10倍。R過大，鼻坎向下游延伸太長,增加工程量，過小則挑射條件不好,至少應使R≥4h。挑角θ 的選擇原則是使挑距儘可能遠,但沖刷坑又不過深。根據試驗，挑角θ一般取20°～25°。挑距l是指鼻坎末端至沖刷坑最深點間的水平距離,可根據拋射體理論進行估算。
沖刷坑深度與範圍是研究沖刷對建築物和河岸穩定影響的依據。沖刷坑深度t與射流的單寬流量、落差、岩基構造和特性以及水力因素有關，其中單寬流量最為主要。為防止沖刷對建築物產生不利影響，沖刷坑後坡不能過陡，一般要求 t/l1:2.5～1:5。
當壩址處下游尾水較淺，地質條件不好時，宜採用壅水措施增加水墊深度，如在沖刷坑下游修二道堰；地質條件差沖刷坑可能很深，需修建防沖護坦。拱壩採用挑流或跌流泄洪時,因射流落點離壩址較近,常在緊接壩趾處修一段護坦形成水墊消能塘，並要避免射流直接衝擊岸坡及強烈的回流淘刷。岸坡地質差而回流流速大時，須考慮加做護岸與護坡工程。沖坑下游堆積物多，要注意避免影響電站出力或通航。對鼻坎尤其是對差動式鼻坎，要注意防範可能的空蝕破壞。挑流泄洪霧化大，要考慮對岸坡、附近建築物及設施產生的不利影響。
其他消能
底流消能是一種在壩趾下游設消力池，使水流在池內產生水躍，利用水躍進行消能的方式。面流消能指在泄水建築物尾端設定戽斗，使水流在戽斗內產生強迫旋滾，出戽水流形成一個涌浪並伴隨一個底旋滾和一個下游表面旋滾而消能。洞內消能主要有旋流豎井消能、水平旋流消能以及洞內混凝土塞或孔板消能。抗沖磨材料有高標號混凝土、抗沖磨混凝土、鋼板、複合材料等。應該說不同的消能方式和抗沖磨材料各有優缺點，一般情況下均通過技術經濟比較、科研試驗等綜合論證確定。
