《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 7-14 7.2.7堰流實驗

堰流實驗實驗?zāi)康蘑倮斫庹莆毡”谘摺嵱醚吲c寬頂堰堰流的水力特征、功能和流量計算的基本方法。②掌握測量薄壁堰與實用堰流量Q、流量系數(shù)m和淹沒系數(shù)的實驗技能，并測定無側(cè)收縮寬頂堰的m及值。③觀察有坎、無坎寬頂堰或?qū)嵱醚叩乃鳜F(xiàn)象，理解下游水位變化對寬頂堰過流能力的影響作用。實驗原理堰的分類根據(jù)堰墻厚度或頂長與堰上水頭的比值不同而分成三種：薄壁堰（/<0.67）；實用堰（0.67</<2.5）；寬頂堰（2.5</<10）。實驗時需檢驗/是否在相應(yīng)范圍內(nèi)。堰流流量公式 自由出流 （1） 淹沒出流 （2）式中——流量，m3/s；——淹沒系數(shù)，——堰流流量系數(shù)，——堰寬，m；——總作用水頭，m。由自由出流流量公式知，只要測定、，則可得出堰流流量系數(shù)值。堰流流量系數(shù)經(jīng)驗公式（1）圓角進(jìn)口寬頂堰 （當(dāng)≥3時，=0.36） （3）式中P1——堰上作用水頭，m。（2）直角進(jìn)口寬頂堰 （當(dāng)≥3時，=0.32） （4）堰上總作用水頭本實驗需測記渠寬、上游渠底高程、堰頂高程、寬頂堰厚度、流量、上游水位及下游水位。進(jìn)而按下列各式計算確定上游堰高、行近流速、堰上作用水頭和總作用水頭： （5） （6） （7） （8）實驗系統(tǒng)及裝置堰流實驗儀由水泵循環(huán)供水系統(tǒng)、水槽、測針、三角堰、寬頂堰或?qū)嵱醚摺⑽查T等部分組成，見REF_Ref6456\h圖1。實驗采用自循環(huán)水泵系統(tǒng)供水，回水儲存在蓄水箱15中。實驗時，由水泵14向?qū)嶒炈?供水，水流經(jīng)三角形薄壁堰量水槽5流回到蓄水箱15中，水槽首部有穩(wěn)水、消波裝置，末端有多孔尾門及尾門升降機(jī)構(gòu)。槽中可換裝各種堰閘模型。堰閘上下游以及三角形薄壁堰量水槽水位分別用測針3與6測量。圖1堰流實驗裝置1—有機(jī)玻璃實驗水槽；2—穩(wěn)水孔板；3、測針；4、實驗堰；5、三角堰量水槽；6、三角堰水位測針筒；7、多孔尾門；8、尾門升降輪；9、支架；10、旁通管微調(diào)閥門；11、旁通管；12、供水管；13、供水流量調(diào)節(jié)閥門；14、水泵；15、蓄水箱圖2水位測針實驗步驟及方法實驗步驟及方法（以寬頂堰為例）①熟悉實驗儀器，記錄有關(guān)參數(shù)。②根據(jù)實驗要求流量，調(diào)節(jié)閥門13和下游尾門開度，使之形成堰下自由出流，同時滿足2.5</H<10的條件。待水流穩(wěn)定后，觀察寬頂堰自由出流的流動情況，定性繪出其水面線。③用測針測量堰的上、下游水位，在實驗過程中不允許旋動測針針頭。④待三角形薄壁堰和測針筒中的水位完全穩(wěn)定后（約5分鐘左右），測記測針筒中水位。⑤改變進(jìn)水閥門開度，測量3組流量下的實驗參數(shù)，計算流量系數(shù)m。⑥調(diào)節(jié)尾門，抬高下游水位，使寬頂堰成淹沒出流。判別淹沒出流的條件是≥0.8，其中為下游水位超過堰頂?shù)母叨??？烧{(diào)節(jié)尾門改變尾水位高度，以形成自由出流或淹沒出流實驗流態(tài)。測記流量Q及上、下游位。改變流量重復(fù)2次。⑦由REF_Ref13731\h式（2）計算淹沒系數(shù)。通過變換不同堰體，演示各種堰流水力現(xiàn)象及其下游水面銜接形式。實驗數(shù)據(jù)記錄及處理①記錄相關(guān)基本參數(shù)：渠寬b，寬頂堰厚度δ，上游渠底高程，堰頂高程，上游堰高，上游水位及下游水位。三角堰流量公式： （9） （10）式中——三角堰堰頂水位（實測），m；——堰頂高程（實驗時為常數(shù)），m；——率定常數(shù)，標(biāo)明于設(shè)備銘牌上。②完成REF_Ref17661\h表1。實驗數(shù)據(jù)分析①測量堰上水頭值時，堰上游水位測針讀數(shù)為何要在堰壁上游（3~4）附近處測讀？②為什么寬頂堰要在2.5</<10的范圍內(nèi)進(jìn)行實驗？③有哪些因素影響實測流量系數(shù)的精度？如果行近流速水頭略去不計，對實驗結(jié)果會產(chǎn)生何種影響。表1堰流