水力學課件SHL9

1、堰流定義、分類和基本公式堰流定義、分類和基本公式1薄薄 壁壁 堰堰2實用斷面堰實用斷面堰3寬頂堰寬頂堰4橋孔過流水力計算橋孔過流水力計算5 堰堰 流流閘下出流閘下出流6堰流堰流 無壓緩流經障礙壁面溢流時，上游發(fā)生壅水，然后水面降落，這一水流現(xiàn)象稱為堰流。障礙壁面稱為堰。障礙壁面對水流的作用，或者是側向收縮，或者是底坎的約束。 研究堰流的目的在于探討流經堰的流量與堰流其他特征量的關系，分析堰的上、下游水流流態(tài)，探求堰的過流能力，從而解決工程中提出的有關水力學問題。一、堰流的定義一、堰流的定義堰流堰流堰流的各項特征量：堰流的各項特征量：行近流速上游渠道寬堰下游水深堰上下游坎高堰上水頭堰頂厚度水漫過

2、堰頂?shù)膶挾妊邔?,vBhppHb堰流堰流二、堰流的分類二、堰流的分類薄壁堰薄壁堰67.0H1、 的大?。篐實用堰實用堰5 . 267. 0H寬頂堰寬頂堰105 . 2H淹沒式堰流自由式堰流2、側向堰流無側向堰流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：）液體力學特性：）幾何量（特征量）：）3,2,15 . 102 HgbmQ 2、其它堰流（側向收縮、淹沒）,0m5 . 122,),(bHggHBbpHgpBbHfQ堰流堰流一、完全堰一、完全堰 定義：定義：無側收縮，自由式，水舌下通風的矩形薄壁正堰 應用：應用：在實用上主要作為一種測量流量的設備。 特點：特點：當

3、 時，堰頂?shù)暮癖〔挥绊懷吡餍再|0.67H堰流堰流 法國人巴贊的經驗公式式中的方括號表示行近流速的影響。其應用范圍為： 020.0027(0.405)1 0.55() HmHHp0.22( )bm0.241.13( )pm0.051.24( )Hm, 堰流堰流 德國人雷布克的經驗公式00.00070.4030.053HmpH 式中，H以m計，p的單位與H相同；第二項為計及行近流速的影響，當H/p較小時，該影響可以忽略；第三項為計及表面張力的影響，當水頭H大時，表面張力的影響可以忽略。 實驗證明，在 , , ，誤差在0.5%以內。在初步設計中，可取 。 0.101.0( )pm2.460( )Hm

4、, 1Hp00.42m 堰流堰流二、淹沒堰二、淹沒堰 當堰下游水位高于堰頂標高，且堰頂下游發(fā)生淹沒水躍，使下游高于堰頂?shù)乃槐平唔?，使堰流以另一種工作方式流動，即形成潛堰，造成淹沒堰流.堰流堰流KZZ 遠驅式水躍自由堰流KZZ 淹沒式水躍淹沒堰流KZZ 淹沒標準：堰流堰流計計 算算 ZK 1hpHZK1812311 hhhhkHmgbgHbmgbQhk32032322032222能量方程：能量方程：gvhpH221213201212212hHmhghbQhKkZpHmhHmh代入式中，求得和將),(),(010堰流堰流5 . 102 HgbmQ流量公式：巴贊經驗公式0mHzp2 . 0105

5、. 1堰流堰流三、側收縮堰三、側收縮堰5 . 12 HgbmQc 當 時，即堰寬小于引水渠道寬度，堰流發(fā)生側向收縮。在相同b，p和H的條件下，其流量比完全堰要小些。用某一較小的流量系數(shù)mc來代替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 時，當25. 005. 090H47.20154.0HQ 若量測的流量較小，一般改為三角形薄壁堰。三角堰的流量公式為 ，可用下列公式計算 當流量大于三角堰所測量的流量而又不能用無側收縮矩形堰時，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、實用斷面堰及分類一、實用斷面堰及分類 實用斷面堰主要用作蓄水檔水建筑物水壩，或凈水建筑物的溢流設備。根據(jù)堰的專門用途和結構本身穩(wěn)定性要求，其剖面可設計成曲線形或多邊形。 曲線型實用斷面堰又可分為非真空堰和真空堰兩大類。堰流堰流 當有些建壩材料不適合加工成曲線時，常采用折線多邊形堰流堰流5 .102HgbmQ二、實用斷面堰計算二、實用斷面堰計算自由式：淹沒式：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 非真空堰淹沒系數(shù)非真空堰淹沒系數(shù)H堰流堰流一、自由式無側收縮一、自由式無側收縮推導：推導： 以水平堰頂為基準面寫11及22斷面的能量方程 令22210 0222a vavvHhggg20 001,2a vHHga堰流堰流5 . 102HgmbQ 5 .10121HgbkkbvhAvQ得設 則 令 則10hKH102 ()vg Hh012vkgH1mkk堰流堰流 當 p/H 3時，直角邊緣進

8、口m=0.32；圓進口m=0.36; 當0p/H 3時，對直角邊緣進口 對堰頂進口為圓角（r/H0.3，r為圓進口圓弧半徑）30.320.010.460.75pHmpH30.360.011.2 1.5pHmpH堰流堰流 當h1=hk時可的到寬頂堰最大流量系數(shù)值相應地 如果考慮到理想液體經寬頂堰流動， , 則以上地數(shù)據(jù)應小于寬頂堰理論上最大流量系數(shù) 。2120212hkH3222111212mkk123k 210.38533m 堰流堰流二、淹沒式無側收縮二、淹沒式無側收縮5 . 102HgmbQHph8 . 0充分條件：堰流堰流三、側收縮三、側收縮 自由式寬頂堰的流量公式為 側收縮系數(shù)由實驗資料

9、的經驗公式： 式中，a為墩型系數(shù)，矩形邊緣 , 圓形邊緣 1.502QbmgH1.502QbmgH431(1)0.2abbBBpH 0.19a 0.1a 堰流堰流一、小橋孔徑的水力計算公式一、小橋孔徑的水力計算公式 小橋過水情況與寬頂堰相同，一般發(fā)生在緩流河道中，由于路基及墩臺約束河道過水斷面積而引起側收縮，故可將坎高設計成 。 當橋下游水深 時，為自由式小橋過流。 當橋下游水深 時，為淹沒式小橋過流。1.3khh1.3khh0pp堰流堰流自由式橋孔過流的流速流量計算公式： 淹沒式時 02 ()kvg Hh02 ()kkQAvbhg Hh02 ()vg Hh02 ()Qbhg Hh堰流堰流二、

10、小橋孔徑水力計算原則二、小橋孔徑水力計算原則 由水文計算決定設計流量，當此流量流經橋下時，應保證橋下不發(fā)生沖刷，即橋孔流速不超過橋下鋪砌材料或天然土壤的不沖刷允許流速;同時，橋前壅水水位不大于規(guī)范允許值，該值由路肩標高及橋梁梁底標高決定。 橋下矩形過水斷面的臨界水深的計算如下232()kaQhbg堰流堰流 再將 代入 當取 時 ， 寬頂堰的淹沒標準與小橋過水的淹沒標準基本上一致 當進行設計時，需要根據(jù)小橋進口形式，選用有關系數(shù)。1.502Qm bgH3202kham H0.34,1.0ma000.80.6141.3khHH堰流堰流 閘門主要用來控制和調節(jié)河流及水庫的流量。閘門的過水能力受閘門形

11、式、閘門前水頭和下游水位等因素影響。 與孔口出流類似，水流自閘下出流，在閘門下游約等于閘門開啟高度e的二倍至三倍距離處形成垂直方向收縮，其收縮水深 ，用 表示， 稱為垂直收縮系數(shù)。cheche堰流堰流 收縮斷面的水深 一般小于下游渠道中的臨界水深 。閘門下游為緩流，即水深 時，則閘下出流必然以水躍形式與下游水位銜接。當 大于 的共軛水深 時，將在收縮斷面上游發(fā)生水躍，此水躍受閘門的限制，稱為淹沒水躍，此時閘門下出流為淹沒式。否則，形成自由式閘下出流。chkhkhhhchch堰流堰流一、自由式閘下出流一、自由式閘下出流矩形閘孔的流量公式： 002 ()2 ( )ccQbhg Hhbeg He式中: b 矩形閘孔寬度 H0 包括行進流速水頭在內的閘前水頭 流速系數(shù)，當閘門底板與水渠道起平時， 當閘門底板高于水渠道底時， 垂直收縮系數(shù)0.9595. 085. 0堰流堰流二、淹沒式閘下出流二、淹沒式閘下出流流量公式： 式中， ,可參照自由式閘下出流中給出的 ， 值。02 ()yQbeg Hh02 ()ybeg Hh