第八章 堰流及闸孔出流ppt课件.ppt

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1、第八章堰流及闸孔出流(Weirflowandsluiceflow)堰流～通过横向边界有约束的堰顶，自由下泄的水流。一、定义闸孔出流～由闸门孔口泄出的水流实用堰流弧型闸门闸孔出流二、堰闸出流特点(1)横向边界有约束(2)重力使水流流动(3)急变流(4)以局部水头损失为主1、共同点:堰流:上部无约束，水面连续,过流能力大闸孔出流:四周均有约束，水面断开,过流能力小2、不同点:三、堰流和闸孔出流的判别平顶堰:—闸孔出流—堰流曲线堰:闸孔出流堰流8.1堰流的类型及计算公式一、堰流的类型按照δ与H的比值大小及水流的特征将堰流分作：1．薄壁堰流：2．实用堰流：3

2、．宽顶堰流：淹没出流自由出流无侧收缩堰有侧收缩堰二、堰流的基本公式当考虑淹没和侧收缩影响时：ε—侧收缩系数σs—淹没系数H0—堰顶总水头m—流量系数8.2薄壁堰流的水力计算一、矩形薄壁堰流1、测流量时的使用要求1）无侧收缩（堰跟上游水槽等宽）；2）具有溢流水舌，有稳定的外形；(堰顶必须做成向下游倾斜的锐角薄壁)3）稳定的流速分布和压强分布；(堰板下游侧墙内埋设通气孔，使内外压强相等)4）稳定的水头和流量关系。(堰顶水头H>2.5cm)流量系数m计算公式：式中P1为上游堰高，H及P1均以米计。上式用于H≥0.025米，≤2及P1≥0.3米条件下。2、流

3、量计算公式3、水舌形状特点①在距堰壁上游3H处，水面降落0.003H，②在堰顶上，水舌上缘降落了0.15H。③水舌下缘在离堰壁0.27H处升得最高，高出堰顶0.112H，此处水舌的垂直厚度为0.668H。④距堰壁0.67H处，水舌下缘与堰顶同高.二、三角形薄壁堰式中，C0为直角三角形薄壁堰的流量系数，可按下式计算：8.3实用堰流的水力计算一、实用堰流折线型和曲线型实用堰二、曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰的剖面形状对水舌的影响曲线型实用堰的剖面设计三、曲线型实用堰的流量系数四、侧收缩系数五、曲线型实用堰的淹没曲线型实用堰的淹没系数278-3实用堰流

4、的水力计算作为挡水及泄水建筑物的溢流坝就是实用堰的典型例子。低溢流堰常用石料砌筑成折线形，较高的溢流坝为了增大过流能力，一般作成曲线形，即所谓的折线型实用堰和曲线型实用堰。28一、曲线型实用堰的剖面形状曲线型实用堰比较合理的剖面形状应当具有下列几个优点：(1)过水能力大(2)堰面不出现过大的负压(3)经济、稳定32(a)(b)(c)堰顶曲线BC对水流特性的影响最大，是设计曲线实用堰剖面形状的关键。国内外设计堰剖面形状有许多方法，主要区别在于曲线段BC如何确定。实际采用的剖面形状都是按薄壁堰水舌下缘曲线稍加修改而成。33薄壁堰自由出流时，水舌下缘曲线的

5、特性如图所示矩形薄壁堰自由出流，设堰顶B点处水流质点流速u与水平方向相交成θ角，则x、y方向大流速分量等于，则在水舌下缘最高点时有。经时刻t后，液体质点的坐标值为：消去t后，两端用Hd整理后得式中：系数；指数n=2。34我国采用的剖面有：1．克里格－奥菲采洛夫（过去常用）2．渥奇3．美国水道试验站WES型（现在常用）WES剖面如图35二、曲线型实用堰的流量系数实验研究表明，曲线型适用堰的流量系数主要决定于上游堰高与设计水头之比P1/Hd、堰顶全水头与设计水头之比H0/Hd以及上游面的坡度。36三、侧收缩系数侧收缩系数就是用来考虑边墩及闸墩对过水能力的

6、影响。可由下面经验公式计算：式中：n为堰孔数；H0为堰顶全水头；Ka为边墩形状系数；KP为闸墩形态系数。37四、曲线型实用堰的淹没试验研究表明:(1)当下游水位高过堰顶至某一范围时堰下游形成淹没水跃，过堰水流受到下游水位的顶托，降低了过水能力即为淹没出流；(2)当下游护坦高程较高，过堰水流受下游护坦的影响，也会产生类似淹没的效果而使流量系数降低。实际计算中用淹没系数来综合反映下游水位及护坦高程对过水能力的影响。决定于hs/H0和P2/H0。38淹没系数可查下图：当hs/H0≤0.15和P2/H0≥2时出流不受下游水位及护坦高程的影响称为自由出流。39

7、8-4宽顶堰流的水力计算当堰顶水平且厚度，在进口处形成水面跌落，堰顶范围内产生一段近似平行堰顶的渐变流动即为宽顶堰流。流量计算公式为：(a)(b)(c)40一、流量系数对堰顶入口为直角的宽顶堰对堰顶进口为圆角的宽顶堰41二、侧收缩系数（8-15）式中：a0为考虑墩尖及堰顶入口形状的系数。当闸墩（或边墩）头部为矩形，堰顶为直角入口边缘时a0＝0.19；当闸墩（或边墩）头部为圆弧形，堰顶入口边缘为直角或圆弧形时a0=0.10；b为溢流孔净宽；B为上游引渠宽。42上式的应用条件为：；。当时，应采用；当时，应采用。1．对单孔宽顶堰（无闸墩）式中b采用两边墩间

8、的宽度；B可采用堰上游的水面宽度。2．对多孔宽顶堰（有边墩及闸墩）43侧收缩系数应取边孔及中孔的加权平均值：