工程流体力学课件 第08章 堰流.ppt

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1、第八章堰流及闸孔出流前进都江堰鱼嘴(分水堤)、飞沙堰(溢洪道)、宝瓶口(引水口)鱼嘴与金刚堤：内江和外江；“四六分水”；飞沙堰：排洪排沙，挡水；“低作堰”“深淘滩”在环境工程领域内的应用沉淀池的出口一胶采用溢流堰，堰前应加设挡板，挡板淹没深度不小于0.25m，距出水口为0.25～0.5m。溢流堰大多数采用锯齿形堰，易于加工及安装，更易保证出水均匀。这种出水堰常用钢板制成，齿深50mm，齿距200mm，直角，用螺栓固定在出口的池壁上。沉淀池入流区和出流区的设计锯齿形出水堰浮渣槽平流式沉淀池辐流式沉淀池出水堰出水槽辐流式沉淀池周边进水，中心出水辐流式沉淀池主要内容8-1堰流的定义及其分类8-2

2、堰流基本公式8-3薄壁堰流的水力计算8-4宽顶堰流的水力计算8-5闸孔出流的水力计算结束本章重点掌握堰流的定义堰的分类堰流的基本计算公式堰流与闸孔出流的关系堰流闸孔出流堰流不受闸门控制水面为一条光滑的曲线，而闸孔出流受闸门的控制水面在闸门处不连续。都是上游壅水，水流在重力作用下运动，将势能转化为动能的过程；都是急变流，能量损失主要是局部水头损失。返回堰流:顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，水流从建筑物顶部自由下泄。闸孔出流：顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间的孔口流出。第一节堰流的定义及其分类无压缓流越过障壁产生的局部水力现象称为堰流，①③②障壁称为堰（既能挡水，

3、又能过水的水工建筑物）。闸孔出流与堰流在一定条件下可互相转化。底坎为宽顶堰：底坎为曲线形闸孔出流e/H≤0.65e/H≤0.75堰流e/H>0.65e/H>0.75堰、闸孔出流的判别堰流的分类堰的外形及厚度不同，其能量损失及过水能力也会不同堰高P1堰高P2堰顶厚度δδ堰顶厚度δ堰顶厚度堰宽b堰顶水头HHH按δ/H分类δ/H<0.67薄壁堰流0.67<δ/H<2.5实用堰流2.5<δ/H<10宽顶堰流曲线形折线形有坎无坎前进按下游水位是否对过堰水流有顶托阻水的影响自由堰流淹没堰流按有无侧向收缩无侧收缩堰流b=B有侧收缩堰流b≠B返回第二节堰流的基本公式用能量方程式来推求堰流计算的基本公式令流

4、速系数堰流基本公式适用于各种形式的堰流，只是流量系数不同而已。b：堰宽e：断面1-1上水舌厚度令e=kH0堰流基本公式过堰流量堰宽堰顶全水头HV0流量系数侧收缩系数淹没系数水力计算类型计算过堰流量Q计算堰上水头H设计堰宽b返回第三节薄壁堰流的水力计算薄壁堰流具有稳定的水头和流量的关系，常作为水力模型或野外测量中一种有效的量水工具。当矩形薄壁堰无侧收缩，自由出流时，水流最为稳定，测量精度也较高；堰上水头不宜过小（应大于2.5m）；水舌下面的空间通气良好；H三角形薄壁堰适用于小流量的量测直角三角形薄壁堰的计算公式可简化为返回一、矩形薄壁堰流矩形薄壁堰上下游等宽，堰流无侧收缩。当自由出流时，水流

5、最为稳定，测量精度较高。为保证下游为自由出流，矩形薄壁堰应满足H>2.5cm，否则堰下形成贴壁流，出流不稳定水舌下与大气通，否则水舌下有真空，出流不稳定流量公式为：——包含行近流速影响在内的流量系数流量系数采用巴赞公式(1898)适用范围：H≤1.24m，b≤2m，P≤1.13m无侧向收缩影响的流量系数有侧向收缩影响的流量系数薄壁堰在形成淹没溢流时，下游水面波动较大，溢流很不稳定。所以，一般情况下量水用的薄壁堰不宜在淹没条件下工作。二、三角形薄壁堰在H＜0.05m，流量小于100l/s时，宜采用三角形薄壁堰作为量水堰根据汤姆逊(P.W.Thomson)的实验，在H=0.05～0.25m时，

6、m0=0.395。因此θ=90°的三角形薄壁堰的流量公式为金(H.W.King)根据实验提出，在H=0.06～0.55m条件下，流量公式为两式中单位，H用m，Q用m3/s。第四节宽顶堰流的水力计算流量系数淹没条件hs侧收缩系数返回例题1：如图所示直角进口堰，堰顶厚度δ=5m，堰宽与上游矩形渠道宽度相同，b=1.28m，求过堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.12m解：（1）判别堰型所以该堰为宽顶堰（2）确定系数（3）第一次近似计算流量设H01=H=0.85m前进（4）第二次近似计算流量（5）第三次近似计算流量符合要求（6）验证出流形式仍为自由出流，故所求流量为1.68m3/s。前

7、进过闸流量闸宽闸孔全水头流量系数淹没系数Heht取决于闸底坎的形式、闸门的类型和闸孔的相对开度e/H值。闸门开启高度返回第五节闸孔出流的水力计算一、闸孔出流的基本公式二、底坎为宽顶堰型的闸孔出流自由出流——水跃在临界式或远离式位置处淹没出流——水跃在淹没式位置处i1=0KKhtcc流量系数平板闸门弧形闸门淹没系数查图前进三、底坎为曲线型实用堰的闸孔出流He流量系数平板闸门弧形闸门查表前进