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等流・不等流の計算のなぜ? 解決フォーラム
不等流計算が収束しない原因について
 
 不等流の収束計算

不等流計算は、隣り合う断面の水頭差が、その断面間で失われた水頭と等しくなる水位を検索します。しかし、断面高範囲のどの水位でも該当する水位が見つからなかった場合は「解が収束しない」と判断します。このとき、計算条件の指定に応じて計算を中断したり、限界水位に置換える等の処理を行います。

画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
■図1 収束しなかったため計算を中断した結果画面


 収束しない主な原因

不等流計算が収束しない主な原因として以下が挙げられます。

  1. 収束する水位が断面高範囲を超えている。
  2. 隣合う断面の形状や計算条件が大きく変化している。
  3. 常流・射流の指定が誤っている。

1の場合、不等流計算条件の「不等流水位の検索範囲」を大きくすることで収束可能となります。ただし、水位が断面高以上となりますので、警告が表示されます。

2の場合は、内挿断面の追加など断面間を細かく区切る、または断面間に損失水頭を設けるなどの対策が考えられますが、確実に収束できる方法ではありません。不等流の計算では収束できない場合もあります。

3の場合は、不等流の計算条件で常流・射流の選択を変更します。このとき計算開始水位が変化しますのでご注意ください(常流の計算開始断面は下流端、射流は上流端です)。また常流、射流は不等流の計算結果から明確に判断することはできません。設計者のご判断となりますことをご了承ください。

 収束曲線

不等流の計算条件で「収束曲線を作成する」にチェックを入れると、結果画面に収束曲線グラフ(図2)を表示します。このグラフは、収束した断面間と、収束しなかった最初の断面間について作成されます。

収束曲線グラフは縦軸を水位、横軸を水頭差としています。全水頭を考慮した状態で、水頭差が0mとなる水位(原点縦軸と交差する水位)が収束した不等流水位です。常流の場合は限界水位より上側、射流の場合は下側の交点が解となります。

画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
■図2 収束曲線(収束した例)

図3は、収束していない例です。左側のグラフは常流として計算していますが、限界水位より上側で原点縦軸と交差していないため収束していません。しかし曲線の状態から推測すると、断面高を高くすれば収束する(原点縦軸と交差する)可能性があります。前述の「収束しない主な原因」では、1の原因が考えられます。

一方、右側のグラフはどの水位でも上流側の水頭が大きい状態です。この場合、常流ではなく射流である(②)、または断面が急激に変化している(③)等が考えらえます。


■図3 収束曲線(収束しない例)


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