水力學教案——堰流和閘孔出流(中職教育)

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1、第八章堰流和閘孔出流第一節(jié)概述一、堰流及閘孔岀流的概念堰流：頂部閘門完全開啟，閘門下緣脫離水面，水流從建筑物頂部口由下泄。閘孔出流：頂部閘門部分開啟，水流受閘門控制而從建筑物頂部與閘門下緣間的孔口流出。二、堰流及閘孔出流的水流狀態(tài)比較1、堰流和閘孔出流的區(qū)別：堰流的水而線是光滑的降落曲線；閘孔出流的上下游水而是不連續(xù)的。由于邊界條件的這種差界，它們的水流特征及過水能力也不相同。2、堰流和閘孔出流的相同點：引起壅水，然后水面降落，是在重力作川下形成的一種水流運動，都是從勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程。都屬于明渠急變流，主要是局部水頭損失。3、堰流和閘孔出流的轉(zhuǎn)化：閘底坎為平頂堰時:—

2、<0.65時為閘孔出流;—>0.65時為堰流。HH閘底坎為Illi線型堰時：—<0.75時為閘孔出流；—>0.75時為垠流。HH式中，c為閘孔開度；H為從堰頂算起的閘両水深。第二節(jié)堰流的類型及水力計算公式一、堰流的類型定義：垠前斷面，垠頂水深，行近流速。垠前斷面距上游壁曲的距離：1=（3?5）H1.薄壁堰流：—<0.67,水舌形狀不受垠坎厚度的影響，與垠頂呈線接觸，水而呈H單一的降落曲線。此時堰頂常為銳緣形。2.實用堰流：0.67<—<2.5,水舌下緣與堰頂呈面接觸，水舌受堰頂?shù)膲嚎s與頂托,H但影響不人，水流還是在重力作用下的自由跌落。常用曲線形或折線形。3.寬頂堰流：2

3、.5<210時，沿程水頭損失不能忽略，水流不屬于堰流，而是明渠水流。H二、堰流的基本公式用能量方程求解。列堰前斷面與堰頂斷面的能量方H+a(,V°:二(Z+￡)+S

4、?2gY2g"+“必2-為堰上全水頭。（"厶二刁2g/V乙則：—+吋堰頂寬度為b,水舌厚度為kH（）（k為堰頂水流垂向收縮系數(shù)），則:Q=kH°bV二kH°b」_』2gH-0二俅莎H(嚴=mb^H()3/2式屮0為流速系數(shù)；m為流量系數(shù)。QsH嚴。流量系數(shù):m=

5、還與堰的邊界條件有關(guān)。自由出流/淹沒出流；有側(cè)收縮垠/無側(cè)收縮垠。則：Q=crss{mb^2gHj12第三節(jié)薄壁堰流的水力計算-般用作量水工具。一.矩形薄壁堰流p◎匸h.b=B1m0為包含行近流速彩響在內(nèi)的流矩形薄壁垠無側(cè)收縮H由堰流時，水流穩(wěn)定，測量精度最咼。要滿足：A堰寬與上游渠寬相同；B下游水位低于堰頂（保證自由出流）；C堰上水頭不能太小，一般H>2.5cm（以免除表面張力的彩響）；D水舌下面與人氣相通（避免形成真空）。流量公式為：Q=mb^H^2=m.b^H3/2最系數(shù),“）=0.403+0.0532+22221,單位全部用米，片為上游堰高。適用條件為:PHH>

6、0.025m,—<2,P.>0.3m。片二、直角三角形薄壁堰流用于流量較小時。流量公式：Q=C.H5,2Co=1.354+^^+（0.14+菲）（鄉(xiāng)—0.09）2，流量以AH’/s計,其余以米計。適用范圍:0.5m

7、，避免水流直沖河床；并有利于下游的消能。反弧半徑：H較大廠=（0.5?1.0）（匕+“遜）；H較小—（0.25~0.5）（%+z喚）堰頂Illi線段BC：對水流特性的彫響最大，是設(shè)計Illi線型實用垠剖面的關(guān)鍵。曲線BC與薄壁堰自由出流的水舌下緣吻合，水舌不受堰而形狀影響，堰而壓強為大氣壓；曲線BC突出于水舌下緣，堰面將頂托水流，水舌不能保持原冇形狀，堰面壓強大于大氣壓，過水能力降低；Illi線BC低于水舌下緣，脫離處空氣被水流帶走，垠面形成負壓區(qū)，過水能力增人。二、工程中常用的曲線型實用堰1、克■奧堰2、WES堰（圖8-7）WES垠的標準剖曲WES堰的堰頂下游：（丄）=

8、0.5（—）*85,Hd為設(shè)計水頭。兀Hd堰頂上游由三段復(fù)合圓弧組成。設(shè)計水頭：血=（0.75~0.95）H皿，其原則是有較大的流量系數(shù)，又沒有過大的負壓。三、WES堰的剖面設(shè)計1、首先確定剖面設(shè)計水頭Hd，堰高比，P2,堰下游的坡比g，及其夾角反弧半徑R。2、以堰頂最高點為處標原點O,Ox水平軸以指向下游為正，Oy鉛垂軸以向下為正。由命“5$嚴計算出堰頂曲線*段的坐標,可以點繪出堰面曲緣根據(jù)圖8-7的數(shù)據(jù)，繪出垠頂上游段B0的三段復(fù)合圓弧及垂玄堰墻。3、確定堰頂下游Illi線段與直線段的切點C的坐標，按下式計算:=xc+mc