水力學(xué)堰流及閘孔出流.ppt

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1、第八章堰流及閘孔出流堰流—在明渠中,無(wú)壓緩流從建筑物障壁頂部溢流至下游,上游水位壅高,而后水面跌落的局部水力現(xiàn)象.閘孔出流—閘門(mén)部分開(kāi)放,水流從建筑物與閘門(mén)下緣間的孔口流出的水力現(xiàn)象.堰流與閘孔出流在邊界條件上的區(qū)別在于閘孔上下游水面線是不連續(xù)的.8.1堰的類(lèi)型及堰流的基本公式一.堰流的特征量堰流的特征量如下:B–渠寬b–堰寬P1–上游堰高P2--下游堰高H–堰上水頭h1--下游水深δ--堰頂厚度V--行進(jìn)流速hs–下游水深超過(guò)堰頂?shù)母叨萮s=h1-P2可以大于0,也可以小于0.HδP1V0二.堰的類(lèi)型1.薄壁堰δ–堰的厚度2.實(shí)用斷面堰H–堰上水頭3

2、.寬頂堰三.堰流的基本公式堰流種類(lèi)多，但水力特征相似可統(tǒng)一用一個(gè)基本公式.其中為作用水頭或總水頭m--流量系數(shù)m=f(φ,k,ξ)為流速系數(shù)，水舌垂直收縮系數(shù),修正系數(shù)的.函數(shù).H–堰上水頭8.2薄壁堰(常用于做量水工具)一.矩形薄壁堰堰口為矩形的堰稱為矩形堰.它又分為完全堰和側(cè)收縮堰.1.完全堰(B=b)無(wú)側(cè)收縮,渠寬等于堰寬.則流量m0為流量系數(shù)P1為上游堰高2.側(cè)收縮堰水流產(chǎn)生側(cè)面收縮mc--側(cè)收縮系數(shù)由（8-9)式確定在b、P和H相同的情況下,流量要小于完全堰流量.二.三角堰與梯形堰(堰口的形狀為三角形或梯形)1.三角堰采用流量公式M值查手冊(cè)最

3、常用的H為HδP1V0θθ其流量三角形堰所測(cè)量的流量一般要小于0.05m3/s2.梯形堰對(duì)流量略大,三角堰不適用時(shí)采用梯形堰其流量為矩形堰與三角堰流量之和.8.3實(shí)用斷面堰水流量較大,因結(jié)構(gòu)要求將堰加厚做成折線形堰和曲線形堰稱為實(shí)用斷面堰.流量m--流量系數(shù)曲線形堰m=0.45~0.52折線形堰m=0.35~0.42曲線形堰又分為真空堰—壩面曲線與水舌間有一定空間形成一定真空度非真空堰--壩面曲線深入水舌內(nèi)部壩面曲線與水舌間有一定空間形成一定真空度，其目的是提高過(guò)流能力。8.4寬頂堰一.無(wú)側(cè)收縮寬頂堰(b=B)1.自由出流特征:水面二次跌落時(shí)直角進(jìn)口m

4、=0.32圓角進(jìn)口m=0.36時(shí)直角進(jìn)口(8-19)圓角進(jìn)口(8-20)2.淹沒(méi)出流條件:(必要條件)(充分條件)則計(jì)算公式hsP2P1HKKhkΔZ寬頂堰淹沒(méi)出流與自由出流的水力特征不同:當(dāng)下游水位繼續(xù)升高,堰頂上水流受頂托作用,堰頂水流呈緩流,水位超過(guò)K—K線,在跌坎以下過(guò)水?dāng)嗝孀兇?流速變小動(dòng)能變化為壓能.出現(xiàn)動(dòng)能恢復(fù)ΔZ.此時(shí)才是典型的寬頂堰淹沒(méi)出流現(xiàn)象.m值采用式(8-19)、式(8-20)計(jì)算;σ為淹沒(méi)系數(shù),根據(jù)表8-1選取.二.側(cè)收縮寬頂堰(B>b)1.自由出流ε--側(cè)收縮系數(shù)2.淹沒(méi)出流σ-淹沒(méi)系數(shù)(與hs/H0有關(guān)見(jiàn)表8-1)ε與堰寬

5、和渠(槽)寬的比值b/B、邊墩的形狀、進(jìn)口形式有關(guān).見(jiàn)(8-23)8.6閘孔出流水閘的作用是通過(guò)閘門(mén)開(kāi)啟來(lái)控制流量及水位.閘門(mén)部分開(kāi)啟部分的孔口出流稱為閘孔出流.閘孔出流的特征量e--閘門(mén)開(kāi)度--收縮斷面水深--收縮斷面的收縮系數(shù)(見(jiàn)表8-4)當(dāng)時(shí)，閘孔出流轉(zhuǎn)化為堰流。ehchcH閘孔出流分為自由出流和淹沒(méi)出流.閘孔出流為急流,當(dāng)下游水流為緩流時(shí)發(fā)生水躍.形成遠(yuǎn)趨式水躍為自由出流,形成淹沒(méi)式水躍為淹沒(méi)出流.閘孔自由出流的水利計(jì)算μ–流量系數(shù)閘孔淹沒(méi)出流的水利計(jì)算--淹沒(méi)系數(shù)(查資料確定)第九章滲流液體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)稱為滲流孔隙介質(zhì)是指由固體顆粒構(gòu)成

6、具有無(wú)數(shù)孔隙的物質(zhì).9.1巖土滲流特性一.巖土的分類(lèi)1.均質(zhì)巖土–指滲流性質(zhì)和滲流場(chǎng)與空間點(diǎn)的位置無(wú)關(guān),即巖土的組成在空間點(diǎn)上分布相同.按滲流性質(zhì)均質(zhì)巖土又分為:(1)各向同性巖土,即滲流性質(zhì)與方向無(wú)關(guān),如沙土.(2)各向異性巖土,即滲流性質(zhì)與方向有關(guān),如黃土、沉積巖等。2.非均質(zhì)巖土–指巖土的組成在空間上的分布不相同，其滲流性質(zhì)和滲流場(chǎng)與空間點(diǎn)的位置有關(guān)。3.幾何參數(shù)（1）骨架–土壤顆粒組成的結(jié)構(gòu)。（2）孔隙率即孔隙所占的體積V與巖土總體積V0之比?？紫堵史从硯r土的密實(shí)程度，土壤孔隙率越大，透水性越好。（3）不均勻系數(shù)η占60%重量的土粒能通過(guò)的篩孔

7、孔徑。占10%重量的土粒能通過(guò)的篩孔孔徑。一般η值大于1.0，η值越大，表示土粒越不均勻。二.巖土的滲流特性1。透水性–指巖土的透水能力。2。容水度–巖土能容納最大水體與巖土總體積之比。（數(shù)值上與m相等）3.持水度–在重力作用下巖土仍能保持的水體與巖土總體積之比.4.給水度--在重力作用下巖土能釋放的水體與巖土總體積之比.在數(shù)值上它等于容水度減去持水度.9.2滲流的基本定律一.滲流模型假定滲流區(qū)是流體在充滿包括土粒骨架在內(nèi)的整個(gè)空間內(nèi)的連續(xù)流動(dòng).此種虛擬的滲流,稱為滲流模型.實(shí)際滲流中平均流速其中:ΔQ–微小過(guò)流斷面的流量.m--孔隙率ΔA--由骨架和

8、孔隙組成的微小過(guò)水?dāng)嗝婷娣e按滲流模型概念,將滲流視為流體在包括骨架在內(nèi)的整個(gè)空間的連續(xù)流動(dòng).則