孔口管嘴出流、堰顶溢流和闸孔出流-水力学

1、( ( (=H d1，)=H d2，第八章 孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流1、当H=2 m, 6=0.6 m,如图所示的的建筑物为实用堰。2、当水头及其它条件相同时，薄壁堰的流量大于实用堰的流量。3、只要下游 水位超过宽顶堰堰顶，一定是淹没出流。4、两个WES型实用堰，堰高大于三倍水头，它们的设计水头不等， 即H d1 # Hd2 ,但泄水时则它们的流量系数 m1=m2。(5、无侧收缩与收缩的实用堰，当水头、堰型及其它条件相同时，后者通过的流量比前者大。6、锐缘平面闸门的垂向收综系数增大 (2)减小 (3)不变7、当实用堰水头 H大于设计水头 m=md名,随相对开度eH(4)不定Hd时，

2、其流量系数(2) m md的增大而m与设计流量系数 md的关系是(3) mm2(2) mi 02时，发生16、对于宽顶堰式闸孔出流，当下游水深t hc02时，发生水跃；当 t=hc02时，发生 水跃。1718、在下图中绘出宽顶堰淹没出流时的水面曲线示意图。19、薄壁堰的水流阻力小于实用堰的水流阻力，为何其流量系数却小于后者？20、某溢流坝，共 4孔，每孔宽度 b=8 m,各部分高程如图所示。上游设计水位为210.0 m,下游水位为168.0 m。当闸门开启高度 e=5 m时，求通过溢流坝的流量。(968.18m3/s )21、某宽顶堰式水闸闸门全部开启时，上游水位为0.6 m,闸底坂高程为 0

3、.4 m,河底高程为0,下游水位为0.5 m,流量系数 m=0.35。不计侧收缩影响。求水闸的单宽流量q。( 0.141m3/sm )22、某水库的溢洪道断面为 WES实用剖面。溢洪道共五孔，每孔净宽 b=10 mo堰顶高程为 343 m。上游水位 为358.7 m,下游水位为 303.1 m。流量系数 m=0.45,侧收缩系数 E =0.95。忽略行近流速 v0。求通过溢洪道 的流量 qvo( 5886.9m3/s )23、在宽度B=1 m的矩形明渠中，前后各装设一矩形薄壁堰 (堰高a1=1 m)和三角形薄壁堰(堰高a2=0.5 m),如图 所示。水流为恒定流时，测得矩形薄壁堰前水头H1=0

4、.13 m,下游水深t=0.4 m。试求：(1)通过明渠的流量qv； (2)三角堰前水头 H2。( 0.0861m3/s; 0.328m )24、有一溢流堰，堰顶厚度 6=2 m,堰上水头 H=2 m,下游水位在堰顶以下，如图所示。如上、下游水位及堰高、 堰宽均不变、堰宽均不变，当 S分别增大至4 m及8 m时，堰的过水能力有无变化？为什么？25、在堰上水头 H相同的条件下，为何实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数？26、图示的三个溢流坝，作用水头不同，而其其它条件完全相同，试比较其流系数m的大小，并说明理由。27、简述堰流淹没和水跃淹没的概念，并说明堰流淹没系数 仃和水跃淹没系数仃的物理意义

5、。28、某矩形断面渠道中，设一弧形闸门，如图所示。已知闸前水深 H=14 m,闸门开度e=1 m ,闸孔净宽与渠道宽度 b相等，且b=3 m,闸孔垂向收缩系数 8=0.72。流量系数N = 0.732。通过设计流量时，渠中正常水深h0=3 m。不计闸前行近流速。要求：(1)计算闸孔的流量 qv; (2)判别闸下游水流衔接形式；(3)定性绘出闸上、下的水面曲线， 并标明曲线类型。(36.38m3/s;)29、某 WES剖面溢流坝位于宽顶矩形渠道中，如图所示。坝高 a =15 m,坝顶水头 H=2.5 m,流量系数 m=0.502。 不计侧收缩影响。坝下游收缩水深hc0=0.5 m,下游渠道底坡i

6、=0.02,糙率n=0.014,下游水深t为均匀流水深。要求：(1)计算溢流坝的单宽流量q ; (2)分析坝下游是否发生水跃，说明其水流是缓流还是急流；(3)定性绘出坝下游水面曲线，标明曲线类型。(8.79 m3/sm; hc0，hc)30、图示为矩形断面棱柱体渠道中设一平面闸门，已知闸门开度e=0.3 m,闸孔流量系数m=0.98 ,垂向收缩系数/ =0.615,渠道宽度 b=4 m,糙率 n=0.02,底坡i1=0, i2=0.02, i3=0.001 o长度l1很短，l2、匕充分长。临界水 深hc=0.6 mo不计闸前行近流速。要求：(1)判别渠道底坡类型，定性绘出渠中的水面曲线，注明曲

7、线类型；(2)计算闸前水深Ho ( H =3.45m )31、图示为一无侧收缩的薄壁堰，其水头为 H其水舌下缘曲线最高点高出薄壁堰顶0.112 H o若有一实用堰其堰顶曲线与薄壁堰水下缘完全吻合。若不计行近流速的影响，试证明实用堰流量系数m1与薄壁堰流量系数 m2之间的关系为 m1=1.195 m2。32、如下图，在矩形明槽中安装一与槽宽相同的矩形薄壁堰，为防止水舌下面形成局部真空，你认为应采取怎样的 措施。33、有一薄壁圆形孔口，其直径 d =10mm ,水头H =2m。现测得射流收缩断面的直径dc=8mm ,在32.8s时间内，经孔口流出的水量为0.01m3,试求该孔口的收缩系数字 流量系

8、数1、流速系数 邛及孔口局部阻力系数 J。( =0.64, g =0.62,小=0.97,1=0.0655 )34、薄壁孔口出流如图所示，直径 d =2cm ,水箱水位恒定 H =2m。试求：(1)孔口流量 Q; (2)此孔口外接圆 柱形管嘴的流量 Qc ； (3)管嘴收缩断面的真空度。(1)Q=1.22l/s,(2)Q=1.61l/s, (3)h v=1.5m)35、水箱用隔板分A、B两室如图所示，隔板上开一孔口，其直径 d1 =4cm ;在B室底部装有圆柱形外管嘴，其直F 一 ,一. -. . 径d2 =3cm ,已知H =3m,h3 =0.5m ,水流恒定出流，试求：(1) g ,h 2

9、 ; (2)流出水箱的流量 Q。(1)h 1=1.07m, h 2=1.43m; (2)Q=4 l/s)36、如管路的锐缘进口也发生水流收缩现象。如 君=0.620.64 ,水池至收缩断面的局部阻力系数 。=0.06 ,试证 明锐缘进口的局部阻力系数约为 0.5。 237、有一平底空船(见图不),其水平面积 复=8m ,船舷局h =0.5m，船自重G =9.8kN。现船底有一直径为10cm 的破孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。(T=393.6s=6.56min )38、为了使水均匀地进入水平沉淀池，在沉淀池进口处设置穿孔墙如图所示，穿孔墙上开有边长为10cm的方形孔14个，所

10、通过的总流量为 122 (l/s),试求穿孔墙前后的水位差(墙厚及孔间相互影响不计)。(H=0.826m )39、沉淀池长L =10m ,宽B=4m ,孔口形心处水深 H =2.8m ,孔口直径d=300mm (见图示)，试问放空(水 面降至孔口顶)所需时间。提示：可按小孔口出流计算。(T=8.83min=530.3s )40、油槽车(见图示)的油槽长度为 l ,直径为D。油槽底部设有卸油孔，孔口面积为O,流量系数为N。试求该车4 lD 3充满油后卸空所需的卸空时间。(T =4 lD )32g41、如图左面为恒定水位的大水池，问右面水池水位上升 2m 需多长时间？已知 H =3m, D =5m

11、, d =250mm, N=0.83。(T=213.35s=3.56min )342、在混凝土坝中设置一泄水管如图所示，管长l=4m,管轴处的水头 H=6m ,现需通过流量 Q=10m /s,若流量系数N=0.82 ,试确定所需管径d ,并求管中水流收缩断面处的真空度。(d=1.2m,hv=4.5m )43、试用孔口出流的基本公式，推导堰流的基本公式。44、已知顶角为直角的三角形薄壁堰顶的水头为H =0.1m 0.30m,试绘制水头流量关系曲线。45、已知矩形薄壁堰的水头 H =0.10 0.75m,b =1.10m ,堰高P = 0.95m ,使用雷伯克公式绘制水头流量关系曲 线。46、已知

12、WES堰的流量系数Cd =Q/(BH 3/2) =4.1，式中Q以ft 3/s计，B和H以ft计；试用量纲和谐原则，将Cd 换算为国际单位制时的数值，并求出流量系数m的值。47、已知矩形薄壁堰建在 Bo =5.0m的矩形水槽中，堰高 P=0.95m,堰宽b=1.45m ,堰顶水头 H = 0.45m ,下 游水深ht =0.45m ,求过堰的流量。(Q=0.76n3/s )48、有一种建在岩石河床上的桩板坝，由埋入河床的钢筋混凝土桩柱和固定于两桩柱之间的松木面板构成，桩柱之 间跨度不超过3m,每米坝宽通过流量不超过 30m3 /so已知上下游坝区河段两岸是直立的块石浆砌挡土墙，河床上游宽B 4

13、0m ,坝宽b =30m ,通过流量Q =150m3 /s ,坝高P = 3m , 11)当下游水深ht =2m ,试求坝上水 头H； (2)若洪水期上下游水位差 z =1.65m ,下游水深ht =4.0m ,求通过流量为若干？(1)H=1.941m, m 0=0.418 ;(2)m 0=0.4256,Q=243.9m 3/s )49、WES堰型高坝，坝高P=107.0m ,最大水头Hmax =11.0m ,设计水头取Hd =0.85H max ,下游坝面直线段坡 度mt =0.75 o决定采用垂直的上游坝面。试绘制堰顶曲线及坝的全部剖面，并求出曲线长度Lc及直线段长度Lt。 _3 _ 一5

14、0、采用上题中的有关数据，若通过的最大流量Qmax =3100m /s ,堰孔总净宽B为多少？若每孔定为 b=10m ,应设多少孔？已知闸门为弧形，闸墩和边墩头部都是圆形，墩厚 d =2.0m ,上游引渠宽B =410m。(B=37.5m , 5 孔)51、卧虎山水闸溢洪道， 采用低WES堰。上下游堰高相同，P = Pi =3.0m ,堰顶高程21.0m,设计水头Hd =15m , 在正常库水位时，采用宽 b =14m的弧形闸门控制泄洪，墩厚 d =2.0m ,边墩和中墩的的头部都是圆形的，要求保 坝洪水流量Q =8770m3 /s时，库内非常洪水位不超过 37.5m。设溢洪道上游引水渠与溢洪

15、道同样宽。溢洪道低WES堰下游接矩形陡槽。问此闸应设几孔？(B=63m , 5 孔)V3T552、已知堰高P =50m ,上游堰面垂直，设计水头 Hd =8.0m ,堰面下游直线段坡 m =0.65 ,若最大工作水头为 10m,孔闸有12孔，每孔净宽b=15m ,闸墩和边墩的头部为尖圆形，堰上游的引水渠总宽B0 =220m，闸墩厚d =2.5m ,采用 WES堰型，求通过流量应为多少？(Q=12606rr/s )53、水库的正常高水位为 72.0m,非常洪水位为75.6m,溢洪道为无闸控制的宽顶堰进口，下接陡槽和消能池。宽顶 堰宽60m,堰坎高P=2m ,坎顶高程70.6m,坎顶进口修圆。若堰

16、与上游的引水渠同宽，问上述两种水位时，通过 的流量为多少？(Q=160.6m3/s , Q 2=1110.7 m 3/s )3 .54、水库的平底闸温洪道，底板局程为 122.0m,要求在水库非常水位为130.4m时下泄洪峰流量 Q=1150m / s o设溢洪道总宽与上游引水渠一样，每孔净宽b不超过6.0m,墩厚不超过1.5m,边墩和闸墩头部为圆形，闸室后接一陡槽，问此闸应设几孔？(n=5)55、有一水库的平底溢洪道，有四孔，每孔宽 b=13.0m ,墩厚d =3.0m ,边墩头为半径r=6.0m的1/4圆弧，弧 与下游引渠垂直挡土墙联接。中墩头为尖圆形，通过最大流量时，闸门全开，已知溢洪道

17、底坎高程为272.0m,溢洪道闸室末端接陡槽。问通过特大洪水流量Q=6000m3/s时，库内洪水位将为多少？(库内洪水位=287.8m )56、矩形宽顶堰底坎进口边缘为直角，堰壁厚6=6.5m ,堰高P=1.5m ,堰宽b =4.0m ,上下游渠道渠底同高，上游引渠宽B0 =8.0m ,下游水深ht =2.4m。试求通过流量 Q =4.0m3 / s时堰顶水头H。(H=0.956m )57、平底闸闸底高程为 8.5m,闸前水位为32.5m,闸门开度e=1.0m时，闸下游渠水位为 30.0m,下游渠底与闸上 游渠底同高。闸宽b =5m ,流速系数 中=0.95。求通过平板闸门的流量。(Q=24.

18、6 m3/s )358、同上题，如闸口开度 e=1.6m,下游水位为31.5m,其它条件不变，过闸流量应为多少？(Q=29.9 m/s )59、弧形闸门四孔，每孔宽 b =13.0m ,弧半径R =20.0m，闸门转动轴高 C =14.9m。闸前水头H =14m ,闸门 开度e=6.0m ，弧形闸门的底坎为平底，底坎末端紧接跌坎，求通过的流量。(Q=2925 m/s )60、弧形闸门位于有坎宽顶堰上，闸前水头H =4.60m ,闸门开度e=1.2m时，为自由出流，闸门净宽 b=18.3m ,闸门弧面半径 R =7.60m ,闸门转动轴位于堰顶以上，C =6.10m ,求通过的流量。(Q=137

19、.2 m3/s )61、岳庄坝泄洪闸，共 9孔，孔宽b=5.0m，闸墩厚d=0.7m ,墩头圆形，上游引水渠宽约B0 =55.0m ,与边墩以r =40.0m的圆弧相接，闸底板与上游渠底同高，高程为 45.50m,通过最大洪水流量时，闸前水位为50.59m,闸下游水位为48.79m,下游渠底高程为44.40m。试求最大洪水流量为多少？(Q=1016.5 m3/s )3 ._.一一.一一. . .62、梯形渠道流量Q =2.0m /s ,边坡m =1.5,正常水深hi =1.2m ,底宽b。=1.6m ,因要穿过公路底下，拟建 一矩形涵洞，洞底宽 b =0.8m ,洞长6 = 7m,洞高为1.4

20、0m,涵洞进口平顺，采用八字翼墙，求涵洞进口前渠道水 深H为多少？(H=1.39 m )63、泄洪闸采用低 WES堰，堰前河床高程 26.5m,堰顶高程29.0m,堰下游河床高程 27.0m,宣泄最大洪水流量_3Q=4000m /s时，上游水位 33.59m,下游水位 32.55m,设计水头 Hd =0.9H max ,堰顶装有弧形闸门，每孔宽 b=12.0m，闸墩头为圆形，墩厚 d=1.60m ,闸前行进流速 v =1.0m/s,边墩 量=0.7。试确定闸孔总宽及孔 数。 (B=202.5 m,取 18 孔)64、有一双孔平底闸，孔宽b =3.0m，闸前水深H = 2.20m，下游水深ht

21、=1.80m ,中=0.97，求闸前开启e=0.60m 时的流量。 (Q=7.41 m3/s )65、有一 3孔节制闸，闸前水深 H =2.5m ,使用3孔一起开启。闸墩厚 d =0.60m ,孔宽b =3.4m ,上游渠宽和 闸室同宽，上下游渠底高程和闸底同样， 当通过流量Q =19.6m3/s时，闸下游水深ht=1.75m,流速系数邛= 0.95, 求闸门开启高度e。 (e=0.6 m )66、矩形平底渠道中有一闸门，闸前水头H = 3.05m ,闸门开启高度e=1.22m,假定中= 0.95 ,问闸下游水深ht =2.28m ,及1.98m时，过闸单宽流量为若干 第八章 孔口(管嘴)出流

22、、堰顶溢流和闸孔出流1、(V)2、(X)3、(X) 4、(V)5、(X)6、(V)7、(2)8、(1)9、(3)10、(3) 11、(3)12、自由。13、 (4); (3)。14、堰的进口型式；堰高与水头之比%。15、无侧收缩；有侧收缩。16、远离(驱)式;淹没式；临界式。17、闸孔出流受闸门影响，水面在闸门处不连续；堰流不受闸门影响，水面连续。18、19、当上游水位相同时，由图可知薄壁堰的计算水头H1大于实用堰的计算水头H2 ,故前者的流量系数小于后者。3 ,20、 qv =968.18m /s2、H 2 =0.328m；24、0.671125,仍为实用堰,H;21、q =0.141嗔 m

23、 ;ti 32当 6=2 m 时，一=一 =1H 2过水能力不变。当22、 qv =5886.9m：； ; 23、1、q =0.0861m；40.67112.5,为实用堰。当 6 = 4m 时，一=2HH 26 = 8 m 时，=-=4 2.510H 2H变为宽顶堰，过水能力减小。 25、宽顶堰流线近似平行直线，堰顶断面压强近似静水压强分布。实用堰堰顶流线为上凸曲线，因受离心力作用，堰顶断面压强小于静水压强，过水能力也大，故流量系数比前者大。26、设题目所给溢流坝均为高堰。图(a) ： H = Hdm = md。 TOC o 1-5 h z 图(b)： H :Hd，溢流水舌下缘与堰面脱离，堰面

24、产生负压，过水能力增大，mmd。图(c)： H (Hd,溢流水舌下坠，压紧堰面，使堰面压强增大，过水能力减小mmd。27、堰流淹没是指下游水位抬高，使堰的过流能力减小。水跃淹没是指下游水深 t大于临界水跃的跃后水深 hc02而形成淹没水跃。堰流淹没系数仃= q2；水跃淹没系数a =28、1、q,=36.38m3/2、因h/；hco,-qvZ- hco2vshc h0,从急流到缓流，发生水跃。又 hc02)h0为远离式水跃，即为自由出流，原计算流量正确。3、因% ：h、i 4 c为缓坡，水面线如图：29、1、q=8.79m/,m；2、因儿05；儿，从急流到急流，不发生水跃，为自由出流3、因hhc、i :L 为陡坡。水面曲线如图：30、1、i2 )c,为陡坡；i34c,为缓坡。hc0=旎=0.185黑，闸孔出流为急流。因1i很短，只在渠段1发生H3曲线。水面曲线如图：2、H = 3.45m31、在同一