堰流及闸孔出流学习教案

1、会计学1堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流第一页，共38页。2 根据堰墙厚度与堰上水头根据堰墙厚度与堰上水头(shutu)的比值不同，的比值不同，可将堰流分成三类：可将堰流分成三类：u薄壁堰薄壁堰堰墙很薄堰墙很薄u实用实用(shyng)剖面堰剖面堰堰墙稍厚堰墙稍厚u宽顶堰宽顶堰二、分类二、分类(fn li)：第2页/共38页第二页，共38页。3n 越过堰顶的水舌形状不受堰坎厚度的影响，水舌下缘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，水面与堰顶只有线的接触，水面(shu min)(shu min)呈单一的降落呈单一的降落曲线曲线0.67H1 1、薄壁堰：、薄壁堰：第3页/共3

2、8页第三页，共38页。40.672.5H第4页/共38页第四页，共38页。52.510.0H第5页/共38页第五页，共38页。6三、堰流的共同三、堰流的共同(gngtng)规律规律l作用力作用力: 重力起主要作用，溢流的自由水面有明显重力起主要作用，溢流的自由水面有明显(mngxin)降落。降落。l能量损失能量损失: 能量损失以局部水头损失为主。能量损失以局部水头损失为主。 流态流态: 堰顶溢流时，其堰顶上的水流流线急剧弯堰顶溢流时，其堰顶上的水流流线急剧弯曲，属于急变流动。曲，属于急变流动。 流态的过渡流态的过渡从缓流向急流过渡。因此从缓流向急流过渡。因此(ync)各各种堰流在其堰顶都要出现

3、临界水深。种堰流在其堰顶都要出现临界水深。第6页/共38页第六页，共38页。7四、堰流的基本四、堰流的基本(jbn)(jbn)公式公式 2302 HgmbQ 232 HgmbQl这就是堰流的普遍公式。三种堰的物理这就是堰流的普遍公式。三种堰的物理(wl)本本质并无差异，其间的差别仅体现在流量系数，淹质并无差异，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。没系数和侧收缩系数的确定方法及数值上。其中其中(qzhng)：kmm为流量系数为流量系数考虑下游水位的淹没影响及侧收缩影响后：考虑下游水位的淹没影响及侧收缩影响后：淹没系数，淹没系数，1 1，不淹没时为，不淹没时为1 1

4、侧收缩系数，侧收缩系数，1 1，无侧收缩时，无侧收缩时为为1 1第7页/共38页第七页，共38页。8 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(jinzo)的比较规则，为简便计，在公式8.2 薄壁堰流的水力薄壁堰流的水力(shul)计算计算 1 1：矩形：矩形(jxng)(jxng)薄壁堰薄壁堰232oHgmbQ gVo220322oQm bgH中，用水头代替，而把的影响并入流量系数考虑，于是有：第8页/共38页第八页，共38页。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(gngsh)计算：0mHPHm0007. 0053. 0403. 01

5、0110.02520.3HHmPmP，及适用适用(shyng)条件：条件：第9页/共38页第九页，共38页。10第10页/共38页第十页，共38页。11 堰口横断面形状为三角形，一般(ybn)采用 三角形堰，也可采用式：2 2：三角形薄壁堰：三角形薄壁堰 905 . 102 HgbmQ 由实验(shyn)可得158. 00mHb2又,代入上式可得： 5 . 24 . 1HQ )/(0154. 047. 2sLHQ 实际(shj)中常用：第11页/共38页第十一页，共38页。128.3 实用堰的水力实用堰的水力(shul)计算计算 实用堰是水利工程中用来挡水同时又能泄水的实用堰是水利工程中用来挡

6、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水工建筑物，它的剖面形式随着生产的发展(fzhn)而不断改进。如用条石或其它当地材料修而不断改进。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，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，称为曲线型实堰顶常做成适合水流特点的曲线形，称为曲线型实用堰。用堰。第12页/共38页第十二页，共38页。13一、曲线型实用堰的剖面一、曲线型实用堰的剖面(pumin)组成及其设计组成及其设计第13页/共38页第十三

7、页，共38页。14 上游上游ABAB直线段可以做成垂直的，也可以做成倾斜的，其高度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。坝体的稳定要求。 堰顶堰顶BCBC曲线段是设计曲线型实用堰的关键，国内外对堰的剖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。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。 下游斜坡下游斜坡CDCD段是连接堰顶曲线段是连接堰顶曲线BCBC段与下游反弧段段与下游反弧段DEDE的公切线

8、的公切线，其坡度主要依据坝体强度和稳定要求确定，一般，其坡度主要依据坝体强度和稳定要求确定，一般(ybn)(ybn)取取1:0.651:0.651:0.751:0.75。 反弧段反弧段DEDE是连接直线段是连接直线段CDCD与河床的圆弧，主要为使其连接光与河床的圆弧，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。径应结合消能形式统一考虑。 第14页/共38页第十四页，共38页。15二、实用堰剖面二、实用堰剖面(pumin)(pumin)的种类的种类克里格奥菲采洛夫剖面克里格奥菲采洛夫剖面

9、 我国多采用，剖面肥大，施工我国多采用，剖面肥大，施工(sh gng)难度难度大。大。渥奇剖面渥奇剖面 美国内务部垦务局研究成果，主要考虑坝高对美国内务部垦务局研究成果，主要考虑坝高对剖面影响剖面影响WES剖面剖面 流行采用流行采用第15页/共38页第十五页，共38页。16l水流水流(shuli)(shuli)进入宽顶堰后，出现两次跌落的水力进入宽顶堰后，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，涵洞现象，一般发生在堰坎处，但流经桥墩，渡槽，涵洞l 的建筑物时也具有这种水流的建筑物时也具有这种水流(shuli)(shuli)现象，又为现象，又为无坎宽顶堰，按宽顶堰计算；公式依

10、旧采用基本公式。无坎宽顶堰，按宽顶堰计算；公式依旧采用基本公式。8.4 宽顶堰的水力宽顶堰的水力(shul)计算计算 堰流堰流第16页/共38页第十六页，共38页。17u直角直角(zhjio)(zhjio)进口进口u圆弧进口圆弧进口(jn ku)(jn ku)一、流量一、流量(liling)(liling)系数系数 m m HaHbmHpmHp75. 046. 0301. 032. 0, 332. 0, 3HaHamHpmHp5 . 12 . 1301. 036. 0, 336. 0, 3l m m与宽顶堰的进口形式，水头与宽顶堰的进口形式，水头H H，堰高，堰高P P有关，可以由经有关，可以

11、由经验公式或表查取；理论最大值验公式或表查取；理论最大值m=0.385m=0.385。第17页/共38页第十七页，共38页。18二、侧收缩二、侧收缩(shu (shu su)su)系数系数43)1 (2 . 01BbBbHha式中：式中：a a为墩形系数为墩形系数(xsh)(xsh)，矩，矩形边缘形边缘a=0.19a=0.19；圆形边缘；圆形边缘a=0.10a=0.10。溢 流 宽 度cbbu 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(shj)宽度bc小于堰宽b，水流阻力也因此增大，泄流能力变小。u 用用来反映侧收缩影响。来反映侧收缩影响。u 与堰宽与渠宽的比值与堰宽与渠宽的比值

12、b/Bb/B、边墩的进口形状及进口断、边墩的进口形状及进口断面变化面变化h/Hh/H有关，经验公式为：有关，经验公式为：第18页/共38页第十八页，共38页。19三、淹没三、淹没(ynm)(ynm)条件及淹没条件及淹没(ynm)(ynm)系数系数 h第八章第八章 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流u 据实验，宽顶堰的淹没据实验，宽顶堰的淹没(ynm)(ynm)条件为：条件为： 8.0oHhsu 淹没系数淹没系数(xsh)(xsh)的大小取决于淹没程度，的大小取决于淹没程度，与与hs/H0hs/H0成反比，成反比，可查表可查表8.28.2得到。得到。u 堰顶水头堰顶水头H H0 0及进口形式及进口形式

13、一定时，下游水位升高，一定时，下游水位升高，宽顶堰形成淹没出流后，宽顶堰形成淹没出流后，下游水位略高于堰顶水位下游水位略高于堰顶水位，过水能力降低。，过水能力降低。 第19页/共38页第十九页，共38页。20第八章第八章 堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流四、无坎宽顶堰流的水力四、无坎宽顶堰流的水力(shul)计计算简介算简介l 无坎宽顶堰流形式在工程上有很多，如经过小桥孔无坎宽顶堰流形式在工程上有很多，如经过小桥孔径、平底水闸、无压涵洞径、平底水闸、无压涵洞(hndng)及廊道进口处的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水流等。均可利用无坎宽顶堰原理对过流能力进行计算。算。

14、l 无坎宽顶是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流无坎宽顶是由于堰孔宽度小于上游引渠宽度，水流受平面受平面(pngmin)上的束窄产生侧向收缩，引起水面上的束窄产生侧向收缩，引起水面跌落而形成的。跌落而形成的。l 无坎宽顶堰的计算公式与普通宽顶堰相同，但无坎宽顶堰的计算公式与普通宽顶堰相同，但计算计算中不单独考虑侧向收缩的影响中不单独考虑侧向收缩的影响，而包含在流量系数中一并，而包含在流量系数中一并考虑考虑,即令即令m= m*1,。m可查表可查表8.3得到。得到。第20页/共38页第二十页，共38页。218.5 闸孔出流的水力闸孔出流的水力(shul)计算计算 闸孔闸孔-带有闸门带有闸门(zhm

15、n)(zhmn)来控制水流的泄水建筑物。来控制水流的泄水建筑物。闸孔出流闸孔出流-建筑物顶部闸门部分开启建筑物顶部闸门部分开启(kiq)(kiq)，水流受闸门控制而从建筑物顶部和闸门下缘之水流受闸门控制而从建筑物顶部和闸门下缘之间下泄。间下泄。2 2、堰、闸的区分（堰闸出流的转换）、堰、闸的区分（堰闸出流的转换） 堰流与闸孔出流是密切相关的，当闸门开度堰流与闸孔出流是密切相关的，当闸门开度e e大于一定值，闸门底缘对水流没有约束时，闸大于一定值，闸门底缘对水流没有约束时，闸孔出流转化为堰流。孔出流转化为堰流。1 1、基本概念、基本概念第21页/共38页第二十一页，共38页。22第22页/共38

16、页第二十二页，共38页。23e e/ /H H 0.75 0.75 为堰流。为堰流。平顶平顶(pn (pn dn)dn)宽顶堰宽顶堰e e/ /H H 0.65 0.65 闸孔出流闸孔出流e e/ /H H 0.650.65堰流堰流曲线曲线(qxin)(qxin)型型宽顶堰宽顶堰e e/ /H H 0.75 0.75 闸孔出流，闸孔出流，3 3、堰、闸的共同点和区别、堰、闸的共同点和区别(qbi)(qbi)（1 1）堰流和闸孔出流都是建筑物壅高水位，在重）堰流和闸孔出流都是建筑物壅高水位，在重力作用形成的水流运动，从能量观点，堰闸出流力作用形成的水流运动，从能量观点，堰闸出流的出流过程都是一种

17、势能转化为动能的过程。的出流过程都是一种势能转化为动能的过程。u 共同点：共同点：第23页/共38页第二十三页，共38页。24（2 2）堰和闸都是属于）堰和闸都是属于(shy)(shy)控制建筑物，都属于控制建筑物，都属于(shy)(shy)急变流，其能量损失以局部水头损失为主急变流，其能量损失以局部水头损失为主。 堰流的上部不受闸门控制，水流自由表面是连堰流的上部不受闸门控制，水流自由表面是连续光滑续光滑(gung hu)(gung hu)的；的； 闸孔出流受到闸门的控制，自由表面被闸门截闸孔出流受到闸门的控制，自由表面被闸门截断，闸孔上、下游水面是不连续的。断，闸孔上、下游水面是不连续的。

18、u 区别区别(qbi)(qbi)：l 堰流和闸孔出流的这种差异导致它们的水流特征堰流和闸孔出流的这种差异导致它们的水流特征、过水能力和规律都不相同。、过水能力和规律都不相同。第24页/共38页第二十四页，共38页。254、闸孔出流的型式、闸孔出流的型式(xn sh)u 常见常见(chn jin)闸底坎型式：宽顶堰，曲线型闸底坎型式：宽顶堰，曲线型实用堰实用堰u 常见闸门常见闸门(zhmn)型式：型式： 平板闸门平板闸门(zhmn)，弧形闸门，弧形闸门(zhmn)第25页/共38页第二十五页，共38页。265、闸孔出流水力、闸孔出流水力(shul)计算的主要计算的主要任务任务u 在一定闸前水头下

19、，计算不同在一定闸前水头下，计算不同(b tn)闸孔开度时闸孔开度时的泄流量。的泄流量。u 根据已知泄流量根据已知泄流量(liling)求所需的闸孔宽度。求所需的闸孔宽度。淹没出流自由出流按照出流形式可分按照出流形式可分实际工程中，为几种型式的组合实际工程中，为几种型式的组合第26页/共38页第二十六页，共38页。276、底坎为、底坎为宽顶堰型宽顶堰型的闸孔出流的闸孔出流淹没淹没(ynm)问问题题:第27页/共38页第二十七页，共38页。28hcht当当 运驱式运驱式 在在c-c c-c 下游下游(xiyu) (xiyu) 自由出流自由出流 临界式临界式 在在c-c c-c 断面断面(dun

20、min) (dun min) 自由出流自由出流 淹没淹没(ynm)(ynm)式式 在在c-c c-c 上游上游 淹没淹没(ynm)(ynm)出流出流hcht hcht 第28页/共38页第二十八页，共38页。29A A、底坎为宽顶堰型闸孔自由、底坎为宽顶堰型闸孔自由(zyu)(zyu)出流的水力出流的水力计算计算HgbQe020221He宽顶堰型闸孔自由出流的宽顶堰型闸孔自由出流的 流量流量(liling)系数系数2垂直收缩垂直收缩(shu su)系数系数c1流速系数流速系数第29页/共38页第二十九页，共38页。30a a）对于平板）对于平板(pngbn)(pngbn)闸门闸门的闸孔的闸孔儒

21、可夫斯基应用理论分析法，求得无侧收儒可夫斯基应用理论分析法，求得无侧收缩系数条件缩系数条件(tiojin)下，垂直收缩系数随下，垂直收缩系数随相对开度增大而加大，表相对开度增大而加大，表8.7。2流量系数按照南京流量系数按照南京(nn jn)水利科学研究水利科学研究院经验公式。院经验公式。0.600.1760He第30页/共38页第三十页，共38页。31b b）对于弧形）对于弧形(h xn)(h xn)闸门的闸闸门的闸孔孔主要与闸门下缘切线与水平方向夹角主要与闸门下缘切线与水平方向夹角(ji jio)的大小有关，表的大小有关，表8.8。2流量系数经验流量系数经验(jngyn)公式。公式。Heoooo)18081. 056. 0()18081. 097. 0(65. 00 ,9025Heoo第31页/共38页第三十一页，共38页。32B B、底坎为宽顶堰型闸孔淹没出流的水力、底坎为宽顶堰型闸孔淹没出流的水力(shul)(shul)计算计算HgbQes02淹没系数淹没系数(xsh)(xsh)与潜流比与潜流比 有关，有关，查图查图8.348.34)/(ccthHhh 第32页/共38页第三十二页，共38页。337、底坎为曲线、底坎为曲线(qxin)型实用堰型的闸孔出型实用堰型的闸孔出流流HgbQe02A、对于、对于(duy)平板闸门平板闸门流量流量(liling)系