寬頂堰流實(shí)驗(yàn)

1、非均勻流水面曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：水力學(xué)專業(yè)班級(jí)：學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師:姓 名:小 組： 同組人： 實(shí)驗(yàn)日期:華北電力大學(xué)（北京）可再生能源學(xué)院、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察實(shí)用剖面堰和寬頂堰上的水流現(xiàn)象，并觀察下游水位對(duì)水躍的影響。2. 測(cè)定非淹沒(méi)寬頂堰和實(shí)用剖面堰的流量系數(shù)m值，并與經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行比較。3 測(cè)定躍后斷面的流速分布，求得躍后斷面的平均流速。、實(shí)驗(yàn)類型綜合型三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)在玻璃水槽中進(jìn)行，如圖所示。水槽長(zhǎng)2.8m、寬b為0.15m、高0.3m;槽中安裝WE際準(zhǔn)實(shí)用剖面堰，堰高P=15cm設(shè)計(jì)水頭Hd=5cm設(shè)計(jì)水頭流量系數(shù)md=0.502。槽中還可安裝寬頂堰，堰高 P=8cm堰頂5 =40cm

2、,直角和圓角進(jìn)口各一套。水槽下游裝有三角 堰，用來(lái)測(cè)定水槽流量 Q,槽尾設(shè)尾門(mén)以控制下游水位，用活動(dòng)測(cè)針沿軌道移動(dòng)以量測(cè)上下游水位。四、實(shí)驗(yàn)原理（一）堰的分類：根據(jù)堰墻厚度或頂長(zhǎng)與堰上水頭H的比值不同而分成三種：薄壁堰' 1 r '；實(shí)用剖面堰 上 ；寬頂堰H I。（二）堰的流量公式對(duì)圖中兩種堰流情況的 1-1與c- c斷面寫(xiě)能量方程，可得收縮斷面流速表示式為:=屁麗戀 r 爲(wèi)麗石式中：為流速系數(shù)；* 一壬為堰上總水頭，H為堰上水頭，vo為上游趨近流速;hc0為收縮斷面C-C處水深。經(jīng)過(guò)適當(dāng)假設(shè)與簡(jiǎn)化，得堰流流量公式:式中：b為堰寬（即槽寬），b=15cm，m為堰流的流量系數(shù)。

3、實(shí)用剖面堰溢流寬頂堰溢流（三）堰的流量系數(shù)公式1. 實(shí)用高堰流量系數(shù) 當(dāng)P/ Hd>1.33為高堰。WES標(biāo)準(zhǔn)剖面堰的流量系數(shù)公式為:_>0.142式中：Hd為堰的設(shè)計(jì)水頭，md為Ho=Hd時(shí)的設(shè)計(jì)水頭流量系數(shù)。2. 寬頂堰流量系數(shù)（1）直角前沿進(jìn)口寬頂堰，計(jì)算 m的公式為:m 032+0.013-PIH046 + 075P/JY（2）圓角前沿進(jìn)口寬頂堰，計(jì)算 m的公式為:m- 0.36+0.013-PIH1 2 + 1 5P/上二式中的P為寬頂堰高度；H為堰頂以上水頭。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1記錄有關(guān)常數(shù)，如堰寬 b、堰高P、設(shè)計(jì)水頭Hd等，記錄測(cè)針在堰頂、槽底處的零點(diǎn)

4、讀數(shù)。2. 進(jìn)水節(jié)門(mén)置于增大開(kāi)度，開(kāi)動(dòng)水泵，調(diào)節(jié)尾門(mén)，使堰后水躍呈遠(yuǎn)驅(qū)形態(tài)，仔細(xì)觀察堰流現(xiàn)象。用測(cè)針細(xì)致量測(cè)三角堰上游水面讀數(shù)，根據(jù)三角堰流量計(jì)算關(guān)系式，得出實(shí)驗(yàn)流 量Q值。3. 用測(cè)針細(xì)致量測(cè)實(shí)用堰（或?qū)掜斞撸┭唔敻叱毯脱呱嫌嗡孀x數(shù)，從而計(jì)算堰上水頭H值，應(yīng)多測(cè)幾次，以取平均值。以上實(shí)驗(yàn)應(yīng)改變流量5-6次，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 將皮托管置于躍后斷面中，抽取皮托管內(nèi)的空氣，量測(cè)躍后斷面流速的分布；用測(cè)針量測(cè)躍后斷面的槽底和水面讀數(shù)。（二）實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)測(cè)得流量 Q和堰上水頭H等值，計(jì)算實(shí)用剖面堰或?qū)掜斞叩牧髁肯禂?shù)m值，并與相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值作分析比較。2根據(jù)不同流量下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在方格紙上繪

5、制WES實(shí)用堰的mHo/Hd關(guān)系曲線，或者繪制寬頂堰 mH關(guān)系曲線，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的流量系數(shù)m值也畫(huà)到圖上，分析流量變化對(duì)流量系數(shù)m的影響，探討其變化規(guī)律。3. 在方格紙上繪制躍后斷面流速分布的hu關(guān)系曲線，根據(jù)流速分布曲線，積分求得其平均流速；利用測(cè)得流量和躍后斷面的面積，求得其平均流速，對(duì)二者作分析比較。六、注意事項(xiàng)1. 量測(cè)實(shí)用堰上游水位斷面 1- 1, 一般應(yīng)在距離堰的前沿約（35） H處，可免除溢流水 面自由降落的影響。對(duì)寬頂堰也應(yīng)如此。2. 量測(cè)躍后斷面流速分布時(shí)，應(yīng)保持水躍位置基本穩(wěn)定。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析實(shí)驗(yàn)有關(guān)常數(shù)堰閘實(shí)驗(yàn)儀堰咼P (cm)寬頂堰厚度（cm）槽寬b (cm

6、)三角堰零點(diǎn)讀數(shù)（cm）8401520.761. 由三角堰流計(jì)算關(guān)系式，即 Q=（0*H5/2,Co=1.4,求得各實(shí)驗(yàn)流量Q三角堰零點(diǎn)讀數(shù)（cm）三角堰堰前讀數(shù)（cm）堰前水深（cm）流量Q( cm,)20.7629.58.74316.1620.7627.186.42146.2120.7625.464.767.0520.7627.456.69162.0720.7629.078.31278.702.用測(cè)針細(xì)致量測(cè)寬頂堰堰頂高程和堰上游水面讀數(shù)，從而計(jì)算堰上水頭H寬頂堰零點(diǎn)讀數(shù)（cm寬頂堰堰前讀數(shù)（cm堰前水深（cm）22.327.785.4822.325.63.322.324.291.9922

7、.325.963.6622.327.455.15由各流量Q和對(duì)應(yīng)的堰前水深計(jì)算寬頂堰的流量系數(shù) m并與相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式作 比較門(mén) ,c-屮m - 0 32+0.01其中計(jì)算公式為 -;經(jīng)驗(yàn)公式流量q（ cm）堰前水深（cm）流量系數(shù)m的計(jì) 算值經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì) 算值m相對(duì)誤差316.165.480.3710.33012.46%146.213.30.3670.32313.71%67.051.990.3600.32012.40%162.073.660.3490.3247.58%:278.705.150.3590.3299.15%分析：流量系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值比經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值大，主要是因?yàn)镠d的值包括行進(jìn)水頭，

8、而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中行進(jìn)流速還比較大，計(jì)算時(shí)沒(méi)有考慮。用matlab分別作出m1（實(shí)驗(yàn)值）與流量和m2（經(jīng)驗(yàn)值）與堰前水深H的關(guān)系曲 線，如下圖：0 337 6 5 4 3 2 333330.0.00.0.00310 31''1'1111.622533.544.555.56堰前水漆H由圖可知：流量系數(shù)m隨著堰前水深及流量 Q的增大而增大3.量測(cè)躍后斷面流速的分布并畫(huà)出躍后斷面流速分布的hu關(guān)系曲線各點(diǎn)的水流速度v=,2*g*h , h為水頭差;儀器讀數(shù)(cm)距水槽底 部高度(cm)測(cè)壓管水頭高度(cm)總水頭高度(cm)水頭差(cm)流速(cm/s)5.690.47.057

9、.50.452.976.190.97.027.480.463.006.71.416.987.450.473.046.81.516.97.40.53.137.21.916.887.390.513.167.62.316.87.320.523.197.72.416.777.30.533.227.92.616.757.290.543.258.12.816.737.280.553.28用matlab中曲線擬合工具來(lái)擬合已知點(diǎn)，由于流速一般與距邊界高度的二次方 成比例，所以用二次曲線擬合，繪出圖如下：3 4高度(cm)其中二次擬合曲線為v=0.0125*xA2+0.0929*x+2.9217 ; x為液體質(zhì)點(diǎn)距底部的高度實(shí)驗(yàn)中躍后斷面的水深h=6.5cm所以可求得斷面的平均流速為：V=6.50 v(x)dx-=3.40cm/s6.5利用測(cè)得流量和躍后斷面的面積，求得其平均流速v=Q =如6A 15 6.5=3.24cm/s分析：用流速分布計(jì)算得到的平均流速比用流量和躍后斷面面積計(jì)算得到的平均 流速大，且V/V'=1.05，與事實(shí)相符。八. 思考題:1.寬頂堰非淹沒(méi)溢流的特點(diǎn)是什么？淹沒(méi)寬頂堰流的特征是什么？對(duì)泄流能力有何影響？ 寬頂堰淹沒(méi)出流的特點(diǎn)：在進(jìn)口處形成水面跌落，堰頂范圍內(nèi)產(chǎn)生一段流線近 似平行堰頂堰頂?shù)臐u變流動(dòng)。沒(méi)做寬頂淹沒(méi)出流的實(shí)驗(yàn)；淹沒(méi)出流時(shí)流量會(huì)減小。