水力学课件SHL9

1、堰流定义、分类和基本公式堰流定义、分类和基本公式1薄薄 壁壁 堰堰2实用断面堰实用断面堰3宽顶堰宽顶堰4桥孔过流水力计算桥孔过流水力计算5 堰堰 流流闸下出流闸下出流6堰流堰流 无压缓流经障碍壁面溢流时，上游发生壅水，然后水面降落，这一水流现象称为堰流。障碍壁面称为堰。障碍壁面对水流的作用，或者是侧向收缩，或者是底坎的约束。 研究堰流的目的在于探讨流经堰的流量与堰流其他特征量的关系，分析堰的上、下游水流流态，探求堰的过流能力，从而解决工程中提出的有关水力学问题。一、堰流的定义一、堰流的定义堰流堰流堰流的各项特征量：堰流的各项特征量：行近流速上游渠道宽堰下游水深堰上下游坎高堰上水头堰顶厚度水漫过

2、堰顶的宽度堰宽0,vBhppHb堰流堰流二、堰流的分类二、堰流的分类薄壁堰薄壁堰67.0H1、 的大小：H实用堰实用堰5 . 267. 0H宽顶堰宽顶堰105 . 2H淹没式堰流自由式堰流2、侧向堰流无侧向堰流3、堰流堰流三、堰流基本公式三、堰流基本公式1、自由式堰流gHpBb重力：）液体力学特性：）几何量（特征量）：）3,2,15 . 102 HgbmQ 2、其它堰流（侧向收缩、淹没）,0m5 . 122,),(bHggHBbpHgpBbHfQ堰流堰流一、完全堰一、完全堰 定义：定义：无侧收缩，自由式，水舌下通风的矩形薄壁正堰 应用：应用：在实用上主要作为一种测量流量的设备。 特点：特点：当

3、 时，堰顶的厚薄不影响堰流性质0.67H堰流堰流 法国人巴赞的经验公式式中的方括号表示行近流速的影响。其应用范围为： 020.0027(0.405)1 0.55() HmHHp0.22( )bm0.241.13( )pm0.051.24( )Hm, 堰流堰流 德国人雷布克的经验公式00.00070.4030.053HmpH 式中，H以m计，p的单位与H相同；第二项为计及行近流速的影响，当H/p较小时，该影响可以忽略；第三项为计及表面张力的影响，当水头H大时，表面张力的影响可以忽略。 实验证明，在 , , ，误差在0.5%以内。在初步设计中，可取 。 0.101.0( )pm2.460( )Hm

4、, 1Hp00.42m 堰流堰流二、淹没堰二、淹没堰 当堰下游水位高于堰顶标高，且堰顶下游发生淹没水跃，使下游高于堰顶的水位逼近堰顶，使堰流以另一种工作方式流动，即形成潜堰，造成淹没堰流.堰流堰流KZZ 远驱式水跃自由堰流KZZ 淹没式水跃淹没堰流KZZ 淹没标准：堰流堰流计计 算算 ZK 1hpHZK1812311 hhhhkHmgbgHbmgbQhk32032322032222能量方程：能量方程：gvhpH221213201212212hHmhghbQhKkZpHmhHmh代入式中，求得和将),(),(010堰流堰流5 . 102 HgbmQ流量公式：巴赞经验公式0mHzp2 . 0105

5、. 1堰流堰流三、侧收缩堰三、侧收缩堰5 . 12 HgbmQc 当 时，即堰宽小于引水渠道宽度，堰流发生侧向收缩。在相同b，p和H的条件下，其流量比完全堰要小些。用某一较小的流量系数mc来代替m0，溢流流量公式如下 式中bB220.0027(0.4050.03)1 0.55() () cBbbHmHBBHp堰流堰流四、三角形薄壁堰四、三角形薄壁堰5 . 2MHQ 时，当25. 005. 090H47.20154.0HQ 若量测的流量较小，一般改为三角形薄壁堰。三角堰的流量公式为 ，可用下列公式计算 当流量大于三角堰所测量的流量而又不能用无侧收缩矩形堰时，可采用梯形堰。堰流堰流五、梯形薄壁堰五

6、、梯形薄壁堰5 . 15 . 105 . 25 . 102222HgbmHgbgbMHmMHHgbmQt西波利地堰流公式 1.51.530.4221.86(/ )QbgHbHms堰流堰流一、实用断面堰及分类一、实用断面堰及分类 实用断面堰主要用作蓄水档水建筑物水坝，或净水建筑物的溢流设备。根据堰的专门用途和结构本身稳定性要求，其剖面可设计成曲线形或多边形。 曲线型实用断面堰又可分为非真空堰和真空堰两大类。堰流堰流 当有些建坝材料不适合加工成曲线时，常采用折线多边形堰流堰流5 .102HgbmQ二、实用断面堰计算二、实用断面堰计算自由式：淹没式：5 .102HgbmQ001HbHa0.050.2

7、00.300.400.500.600.700.800.900.950.9750.9950.9970.9850.9720.9570.9350.9060.8560.7760.6210.4700.3190.100 非真空堰淹没系数非真空堰淹没系数H堰流堰流一、自由式无侧收缩一、自由式无侧收缩推导：推导： 以水平堰顶为基准面写11及22断面的能量方程 令22210 0222a vavvHhggg20 001,2a vHHga堰流堰流5 . 102HgmbQ 5 .10121HgbkkbvhAvQ得设 则 令 则10hKH102 ()vg Hh012vkgH1mkk堰流堰流 当 p/H 3时，直角边缘进

8、口m=0.32；圆进口m=0.36; 当0p/H 3时，对直角边缘进口 对堰顶进口为圆角（r/H0.3，r为圆进口圆弧半径）30.320.010.460.75pHmpH30.360.011.2 1.5pHmpH堰流堰流 当h1=hk时可的到宽顶堰最大流量系数值相应地 如果考虑到理想液体经宽顶堰流动， , 则以上地数据应小于宽顶堰理论上最大流量系数 。2120212hkH3222111212mkk123k 210.38533m 堰流堰流二、淹没式无侧收缩二、淹没式无侧收缩5 .102HgmbQHph8 . 0充分条件：堰流堰流三、侧收缩三、侧收缩 自由式宽顶堰的流量公式为 侧收缩系数由实验资料的

9、经验公式： 式中，a为墩型系数，矩形边缘 , 圆形边缘 1.502QbmgH1.502QbmgH431(1)0.2abbBBpH 0.19a 0.1a 堰流堰流一、小桥孔径的水力计算公式一、小桥孔径的水力计算公式 小桥过水情况与宽顶堰相同，一般发生在缓流河道中，由于路基及墩台约束河道过水断面积而引起侧收缩，故可将坎高设计成 。 当桥下游水深 时，为自由式小桥过流。 当桥下游水深 时，为淹没式小桥过流。1.3khh1.3khh0pp堰流堰流自由式桥孔过流的流速流量计算公式： 淹没式时 02 ()kvg Hh02 ()kkQAvb hg Hh02 ()vg Hh02 ()Qbhg Hh堰流堰流二、

10、小桥孔径水力计算原则二、小桥孔径水力计算原则 由水文计算决定设计流量，当此流量流经桥下时，应保证桥下不发生冲刷，即桥孔流速不超过桥下铺砌材料或天然土壤的不冲刷允许流速;同时，桥前壅水水位不大于规范允许值，该值由路肩标高及桥梁梁底标高决定。 桥下矩形过水断面的临界水深的计算如下232()kaQhbg堰流堰流 再将 代入 当取 时 ， 宽顶堰的淹没标准与小桥过水的淹没标准基本上一致 当进行设计时，需要根据小桥进口形式，选用有关系数。1.502Qm bgH3202kham H0.34,1.0ma000.80.6141.3khHH堰流堰流 闸门主要用来控制和调节河流及水库的流量。闸门的过水能力受闸门形

11、式、闸门前水头和下游水位等因素影响。 与孔口出流类似，水流自闸下出流，在闸门下游约等于闸门开启高度e的二倍至三倍距离处形成垂直方向收缩，其收缩水深 ，用 表示， 称为垂直收缩系数。cheche堰流堰流 收缩断面的水深 一般小于下游渠道中的临界水深 。闸门下游为缓流，即水深 时，则闸下出流必然以水跃形式与下游水位衔接。当 大于 的共轭水深 时，将在收缩断面上游发生水跃，此水跃受闸门的限制，称为淹没水跃，此时闸门下出流为淹没式。否则，形成自由式闸下出流。chkhkhhhchch堰流堰流一、自由式闸下出流一、自由式闸下出流矩形闸孔的流量公式： 002 ()2 ( )ccQbhg Hhbeg He式中: b 矩形闸孔宽度 H0 包括行进流速水头在内的闸前水头 流速系数，当闸门底板与水渠道起平时， 当闸门底板高于水渠道底时， 垂直收缩系数0.9595. 085. 0堰流堰流二、淹没式闸下出流二、淹没式闸下出流流量公式： 式中， ,可参照自由式闸下出流中给出的 ， 值。02 ()yQbeg Hh02 ()ybeg Hh