第8章 堰流及閘孔出流

1、前進(jìn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容堰流與閘孔出流堰流與閘孔出流的判別堰流的分類堰流的基本公式薄壁堰流的水力計(jì)算實(shí)用堰流的水力計(jì)算寬頂堰流的水力計(jì)算堰流水力計(jì)算實(shí)例閘孔出流的基本公式底坎為寬頂堰型的閘孔出流底坎為曲線型實(shí)用堰的閘孔出流結(jié)束閘孔出流水力計(jì)算實(shí)例既能擋水，又能過水的水工建筑物，稱為既能擋水，又能過水的水工建筑物，稱為堰堰。堰堰 流流閘孔出流閘孔出流堰流不受閘門控制堰流不受閘門控制水面為一條光滑的水面為一條光滑的曲線，而閘孔出流曲線，而閘孔出流受閘門的控制水面受閘門的控制水面在閘門處不連續(xù)。在閘門處不連續(xù)。v都是上游壅水，水都是上游壅水，水流在重力作用下運(yùn)動(dòng)，流在重力作用下運(yùn)動(dòng)，將勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的將

2、勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程；過程；v都是急變流，能量都是急變流，能量損失主要是局部水頭損失主要是局部水頭損失。損失。返回堰、閘水流的判別堰、閘水流的判別HeHe堰堰 流流閘孔出流閘孔出流0.75eH0.75eH0.65eH0.65eH返回堰流的分類堰流的分類堰的堰的外形及厚度外形及厚度不同，其能量損失及過水能力也會(huì)不同不同，其能量損失及過水能力也會(huì)不同堰高P1堰高P2堰頂厚度堰頂厚度堰頂厚度堰寬b堰頂水頭HHH按按/H分類分類/H0.67 薄壁堰流薄壁堰流0.67/H2.5 實(shí)用堰流實(shí)用堰流2.5/H10 寬頂堰流寬頂堰流曲線形曲線形折線形折線形有坎有坎無坎無坎前進(jìn)按下游水位是否對(duì)過堰按下游水位是否

3、對(duì)過堰水流有頂托阻水的影響水流有頂托阻水的影響自由堰流自由堰流淹沒堰流淹沒堰流按有無側(cè)向收縮按有無側(cè)向收縮無側(cè)收縮堰流無側(cè)收縮堰流 b=B有側(cè)收縮堰流有側(cè)收縮堰流bB返回堰流的基本公式堰流的基本公式應(yīng)用能量方程式可推得32102sQm bg H過堰流量過堰流量堰寬堰寬堰頂全水頭堰頂全水頭2002VHHgHV0流量系數(shù)流量系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)淹沒系數(shù)淹沒系數(shù)111s水力計(jì)算類型水力計(jì)算類型計(jì)算過堰流量計(jì)算過堰流量Q計(jì)算堰上水頭計(jì)算堰上水頭H設(shè)計(jì)堰寬設(shè)計(jì)堰寬b返回薄壁堰流的水力計(jì)算薄壁堰流的水力計(jì)算 薄壁堰流具有穩(wěn)定的水頭和流量的關(guān)系，常作為薄壁堰流具有穩(wěn)定的水頭和流量的關(guān)系，常作為水力模型或

4、野外測量中一種有效的量水工具。水力模型或野外測量中一種有效的量水工具。v當(dāng)矩形薄壁堰無側(cè)收縮，自由當(dāng)矩形薄壁堰無側(cè)收縮，自由出流時(shí)，水流最為穩(wěn)定，測量精出流時(shí)，水流最為穩(wěn)定，測量精度也較高；度也較高；v堰上水頭不宜過?。☉?yīng)大于堰上水頭不宜過?。☉?yīng)大于2.5m2.5m）；）；v水舌下面的空間通氣良好；水舌下面的空間通氣良好；Hv三角形薄壁堰適用于小流量的量測；v直角三角形薄壁堰的計(jì)算公式可簡化為520QC H返回實(shí)用堰流的水力計(jì)算實(shí)用堰流的水力計(jì)算剖面形狀設(shè)計(jì)剖面形狀設(shè)計(jì)克里格奧菲采洛夫剖面WES剖面渥奇剖面Hd前進(jìn)淹沒條件：0200.152shHPH實(shí)用堰系數(shù)確定實(shí)用堰系數(shù)確定WES堰 md=

5、0.502； 克奧堰 md=0.49；011 2(1)aPHKnKnb Hhsht32102sQmbg H 返回寬頂堰流的水力計(jì)算寬頂堰流的水力計(jì)算流量系數(shù)111130.320.010.460.7503,3,0.32PHmPHPPmHH時(shí)111130.360.011.21.503,3,0.36PHmPHPPmHH時(shí)淹沒條件00.8shHhs側(cè)收縮系數(shù)041131(1)0.2bbBBPH32102sQmbgH 返回 例題1：如圖所示直角進(jìn)口堰，堰頂厚度=5m，堰寬與上游矩形渠道寬度相同，b=1.28m，求過堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.12m解：（1）判別堰型55.880.85H

6、所以該堰為寬頂堰（2）確定系數(shù)10.50.5930.85PH1130.320.010.34660.460.75PHmPH11Bb 200.730.81sstshhhPHHH（3）第一次近似計(jì)算流量設(shè)H01=H=0.85m332231020.3466 1.2819.60.851.54/QmbgHms前進(jìn)（4）第二次近似計(jì)算流量3322320220.3466 1.2819.60.891.65/QmbgHms222011022201.540.850.892219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA3322330320.3466 1.2819.60.901.68/QmbgHms2220220

7、32201.650.850.902219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA（5）第三次近似計(jì)算流量3231.68 1.651.79%1.68QQQ符合要求（6）驗(yàn)證出流形式203030.6890.8sthhPHH仍為自由出流，故所求流量為1.68m3/s。前進(jìn) 例題2：如圖所示直角進(jìn)口堰，堰頂厚度=5m，堰寬與上游矩形渠道寬度相同，b=1.28m，求過堰流量。P1=0.5mH=0.85mht=1.3m解：（1）判別堰型55.880.85H所以該堰為寬頂堰（2）確定系數(shù)10.50.5930.85PH1130.320.010.34660.460.75PHmPH11Bb 200.940.

8、8ssthhhPHHH（3）第一次近似計(jì)算流量33223110120.7 0.3466 1.2819.60.851.08/sQmbgHms設(shè)H01=H=0.85m， 查表8.2得s1=0.70010.94shH前進(jìn)（4）第二次近似計(jì)算流量33223220220.78 0.3466 1.2819.60.871.24/sQmbgHms查表8.2得s2=0.78020.92shH222011022201.080.850.872219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA（5）第三次近似計(jì)算流量33223330320.82 0.3466 1.2819.60.881.33/sQmbgHms查表8

9、.2得s3=0.82030.91shH222022032201.240.850.882219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA前進(jìn)（6）第四次近似計(jì)算流量33223440320.82 0.3466 1.2819.60.881.33/sQmbgHms查表8.2得s4=0.82040.91shH222033042201.330.850.882219.6 (1.28 1.35)VQHHHmggA4341.33 1.3301.33QQQ符合要求，故所求流量為1.33m3/s。返回閘孔出流的基本公式閘孔出流的基本公式02sQb eg H過閘流量過閘流量閘寬閘寬閘孔全水頭閘孔全水頭2002VH

10、Hg流量系數(shù)流量系數(shù)淹沒系數(shù)淹沒系數(shù)Heht取決于閘底坎的形式、閘門的類型和閘孔的相對(duì)開度e/H值。閘門開啟高度閘門開啟高度返回底坎為寬頂堰型的閘孔出流底坎為寬頂堰型的閘孔出流自由出流自由出流水躍在臨界式或遠(yuǎn)離式位置處淹沒出流淹沒出流水躍在淹沒式位置處i1=0KKhtcc流量系數(shù)0.600.176eH平板閘門弧形閘門(0.970.81)(0.560.81)180180eH淹沒系數(shù)02sQbegH 查圖8.34前進(jìn)例題：矩形渠道中修建一水閘，采用平板閘門，閘底板與渠底齊平，閘孔寬等于3m，已知行近流速v0=0.8m/s，閘前水深H=5m，閘門開啟高度e=1.0m，下游水深ht=3.5m，求過閘流

11、量。解：（1）判別是堰閘出流10.20.655eH故為閘孔出流（2）確定流量系數(shù)0.600.1760.56eH（3）設(shè)下游為自由出流，計(jì)算過閘流量3020.56 1 319.6 5.0316.68/QebgHms htHhc22000.855.03219.6VHHmg前進(jìn)（4）判別出流是否淹沒0.2eH由查表8.7得20.620則收縮斷面水深20.62 10.62chem hc的共軛水深23238( 11)20.628 5.56( 11)2.929.8 0.62ccchqhghm因ht=3.5m，故 ，閘孔為淹沒出流cthh由潛流比 ，查圖8.34得3.52.90.28652.9tcchhHh

12、0.72s所以通過閘孔的流量為0320.72 0.56 1 319.6 5.0312.01/sQebgHms 返回底坎為曲線型實(shí)用堰的閘孔出流底坎為曲線型實(shí)用堰的閘孔出流He02QbegH流量系數(shù)0.650.186(0.250.375)coseeHH平板閘門弧形閘門 查表8.9前進(jìn)例1：某水庫溢流壩，采用曲線型堰，堰頂厚度為5m，共5孔，每孔凈寬為7m，壩頂設(shè)弧形閘門。試求壩頂水頭H為5m，各孔均勻開啟，開度為1m時(shí)，通過閘孔的流量（不計(jì)行近流速水頭，下游為自由出流）。解：（1）判別堰型515H所以該堰為實(shí)用堰（2）判別堰閘出流10.20.755eH所以為閘孔出流（3）確定系數(shù)由表8.9查得閘孔流量系數(shù)0.667（4）計(jì)算過閘孔流量320.667 5 7 1 19.6 5231/QbegHms 所以該工況下，通過閘孔的流量為231m3/s。水庫調(diào)度圖水庫放水時(shí)間計(jì)算前進(jìn)水庫調(diào)度圖水庫調(diào)度圖H（m）Q（m3/s）e=1me=2me=0.5me=1.5m前進(jìn)水庫放水時(shí)間的計(jì)算水庫放水時(shí)間的計(jì)算 水