堰流及闸孔出流课件.ppt

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1、堰流及闸孔出流简介韩智明1一、定义：8.1堰流的定义及分类堰----既能挡水又能过水的建筑物。堰流----水流受到堰墙或者两侧边墙阻碍，使之上游水壅高，至一定高度时，水流沿堰顶溢流下泄，溢流水股的上表面不受外界任何约束，而为一连续自由降落水面。这种过流称之为堰顶溢流。2根据堰墙厚度与堰上水头的比值不同，可将堰流分成三类：薄壁堰—堰墙很薄?实用剖面堰—堰墙稍厚?宽顶堰二、分类：3越过堰顶的水舌形状不受堰坎厚度的影响，水舌下缘与堰顶只有线的接触，水面呈单一的降落曲线1、薄壁堰：4由于堰坎加厚，水舌下缘与堰顶呈面的接触，水舌受到堰顶的约束和顶托，

2、但这种影响还不大，越过堰顶水流主要还是在重力作用下自由跌落，这类堰的剖面可呈折线型或曲线型。2、实用堰：5堰坎厚度对水流的顶托作用已经非常明显，堰顶的水流在进口处形成水流跌落。此后，由于堰顶的顶托作用，有一段水流与堰顶几乎平行，当下游水位较低时，出堰水流又产生第二次水面跌落。3、宽顶堰：6三、堰流的共同规律作用力:重力起主要作用，溢流的自由水面有明显降落。?能量损失:能量损失以局部水头损失为主。流态:堰顶溢流时，其堰顶上的水流流线急剧弯曲，属于急变流动。?流态的过渡—从缓流向急流过渡。因此各种堰流在其堰顶都要出现临界水深。7四、堰流的基本公

3、式这就是堰流的普遍公式。三种堰的物理本质并无差异，其间的差别仅体现在流量系数，淹没系数和侧收缩系数的确定方法及数值上。其中：m为流量系数考虑下游水位的淹没影响及侧收缩影响后：δ—淹没系数，δ＜1，不淹没时为1ε—侧收缩系数，ε＜1，无侧收缩时为18薄壁堰堰壁厚度不影响水舌形状，水头相对不大，且上游行近渠道一般建造的比较规则，为简便计，在公式8.2薄壁堰流的水力计算1：矩形薄壁堰中，用水头Ｈ代替ＨＯ，而把的影响并入流量系数考虑，于是有：9是包括行近流速影响在内的流量系数,也称为流量系数，可用下列经验公式计算：适用条件：10矩形薄壁堰流测量流量

4、应注意矩形薄壁堰上游渠宽与堰宽相等，下游水位低于堰顶；堰上水头大于2.5cm，避免水舌受到表面张力影响；水舌下面空间必须通气，避免真空影响精度。11堰口横断面形状为三角形，一般采用三角形堰，也可采用式：2：三角形薄壁堰由实验可得又,代入上式可得：实际中常用：128.3实用堰的水力计算实用堰是水利工程中用来挡水同时又能泄水的水工建筑物，它的剖面形式随着生产的发展而不断改进。如用条石或其它当地材料修建的中、低溢流堰，堰顶剖面常做成折线形，称为折线型实用堰。如用混凝土修建的中、高溢流堰，堰顶常做成适合水流特点的曲线形，称为曲线型实用堰。13一、曲

5、线型实用堰的剖面组成及其设计14上游AB直线段可以做成垂直的，也可以做成倾斜的，其高度主要取决于工程规模和设计要求，而垂直还是倾斜则往往取决于坝体的稳定要求。堰顶BC曲线段是设计曲线型实用堰的关键，国内外对堰的剖面形状有多种设计方法，其主要区别还在于曲线段如何确定。下游斜坡CD段是连接堰顶曲线BC段与下游反弧段DE的公切线，其坡度主要依据坝体强度和稳定要求确定，一般取1:0.65～1:0.75。反弧段DE是连接直线段CD与河床的圆弧，主要为使其连接光滑，避免水流直冲河床，并有利于溢流堰下游的消能，其反弧半径应结合消能形式统一考虑。15二、实

6、用堰剖面的种类克里格－奥菲采洛夫剖面我国多采用，剖面肥大，施工难度大。渥奇剖面美国内务部垦务局研究成果，主要考虑坝高对剖面影响WES剖面流行采用16水流进入宽顶堰后，出现两次跌落的水力现象，一般发生在堰坎处，但流经桥墩，渡槽，涵洞的建筑物时也具有这种水流现象，又为无坎宽顶堰，按宽顶堰计算；公式依旧采用基本公式。8.4宽顶堰的水力计算堰流17直角进口圆弧进口一、流量系数mm与宽顶堰的进口形式，水头H，堰高P有关，可以由经验公式或表查取；理论最大值m=0.385。18二、侧收缩系数ε式中：a为墩形系数，矩形边缘a=0.19；圆形边缘a=0.10

7、。堰宽小于渠道宽度的宽顶堰流将发生倾向收缩，使主流的实际宽度bc小于堰宽b，水流阻力也因此增大，泄流能力变小。用ε来反映侧收缩影响。ε与堰宽与渠宽的比值b/B、边墩的进口形状及进口断面变化h/H有关，经验公式为：19三、淹没条件及淹没系数第八章堰流及闸孔出流据实验，宽顶堰的淹没条件为：淹没系数δ的大小取决于淹没程度，δ与hs/H0成反比，δ可查表8.2得到。堰顶水头H0及进口形式一定时，下游水位升高，宽顶堰形成淹没出流后，下游水位略高于堰顶水位，过水能力降低。20第八章堰流及闸孔出流四、无坎宽顶堰流的水力计算简介无坎宽顶堰流形式在工程上有很

8、多，如经过小桥孔径、平底水闸、无压涵洞及廊道进口处的水流等。均可利用无坎宽顶堰原理对过流能力进行计算。无坎宽顶是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流受平面上的束窄产生侧向收缩，引起