第八章 堰流及閘孔出流ppt課件.ppt

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1、第八章堰流及閘孔出流(Weirflowandsluiceflow)堰流～通過橫向邊界有約束的堰頂，自由下泄的水流。一、定義閘孔出流～由閘門孔口泄出的水流實(shí)用堰流弧型閘門閘孔出流二、堰閘出流特點(diǎn)(1)橫向邊界有約束(2)重力使水流流動(3)急變流(4)以局部水頭損失為主1、共同點(diǎn):堰流:上部無約束，水面連續(xù),過流能力大閘孔出流:四周均有約束，水面斷開,過流能力小2、不同點(diǎn):三、堰流和閘孔出流的判別平頂堰:—閘孔出流—堰流曲線堰:閘孔出流堰流8.1堰流的類型及計(jì)算公式一、堰流的類型按照δ與H的比值大小及水流的特征將堰流分作：1．薄壁堰流：2．實(shí)用堰流：3

2、．寬頂堰流：淹沒出流自由出流無側(cè)收縮堰有側(cè)收縮堰二、堰流的基本公式當(dāng)考慮淹沒和側(cè)收縮影響時(shí)：ε—側(cè)收縮系數(shù)σs—淹沒系數(shù)H0—堰頂總水頭m—流量系數(shù)8.2薄壁堰流的水力計(jì)算一、矩形薄壁堰流1、測流量時(shí)的使用要求1）無側(cè)收縮（堰跟上游水槽等寬）；2）具有溢流水舌，有穩(wěn)定的外形；(堰頂必須做成向下游傾斜的銳角薄壁)3）穩(wěn)定的流速分布和壓強(qiáng)分布；(堰板下游側(cè)墻內(nèi)埋設(shè)通氣孔，使內(nèi)外壓強(qiáng)相等)4）穩(wěn)定的水頭和流量關(guān)系。(堰頂水頭H>2.5cm)流量系數(shù)m計(jì)算公式：式中P1為上游堰高，H及P1均以米計(jì)。上式用于H≥0.025米，≤2及P1≥0.3米條件下。2、流

3、量計(jì)算公式3、水舌形狀特點(diǎn)①在距堰壁上游3H處，水面降落0.003H，②在堰頂上，水舌上緣降落了0.15H。③水舌下緣在離堰壁0.27H處升得最高，高出堰頂0.112H，此處水舌的垂直厚度為0.668H。④距堰壁0.67H處，水舌下緣與堰頂同高.二、三角形薄壁堰式中，C0為直角三角形薄壁堰的流量系數(shù)，可按下式計(jì)算：8.3實(shí)用堰流的水力計(jì)算一、實(shí)用堰流折線型和曲線型實(shí)用堰二、曲線型實(shí)用堰的剖面形狀曲線型實(shí)用堰的剖面形狀對水舌的影響曲線型實(shí)用堰的剖面設(shè)計(jì)三、曲線型實(shí)用堰的流量系數(shù)四、側(cè)收縮系數(shù)五、曲線型實(shí)用堰的淹沒曲線型實(shí)用堰的淹沒系數(shù)278-3實(shí)用堰流

4、的水力計(jì)算作為擋水及泄水建筑物的溢流壩就是實(shí)用堰的典型例子。低溢流堰常用石料砌筑成折線形，較高的溢流壩為了增大過流能力，一般作成曲線形，即所謂的折線型實(shí)用堰和曲線型實(shí)用堰。28一、曲線型實(shí)用堰的剖面形狀曲線型實(shí)用堰比較合理的剖面形狀應(yīng)當(dāng)具有下列幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)過水能力大(2)堰面不出現(xiàn)過大的負(fù)壓(3)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定32(a)(b)(c)堰頂曲線BC對水流特性的影響最大，是設(shè)計(jì)曲線實(shí)用堰剖面形狀的關(guān)鍵。國內(nèi)外設(shè)計(jì)堰剖面形狀有許多方法，主要區(qū)別在于曲線段BC如何確定。實(shí)際采用的剖面形狀都是按薄壁堰水舌下緣曲線稍加修改而成。33薄壁堰自由出流時(shí)，水舌下緣曲線的

5、特性如圖所示矩形薄壁堰自由出流，設(shè)堰頂B點(diǎn)處水流質(zhì)點(diǎn)流速u與水平方向相交成θ角，則x、y方向大流速分量等于，則在水舌下緣最高點(diǎn)時(shí)有。經(jīng)時(shí)刻t后，液體質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)值為：消去t后，兩端用Hd整理后得式中：系數(shù)；指數(shù)n=2。34我國采用的剖面有：1．克里格－奧菲采洛夫（過去常用）2．渥奇3．美國水道試驗(yàn)站W(wǎng)ES型（現(xiàn)在常用）WES剖面如圖35二、曲線型實(shí)用堰的流量系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究表明，曲線型適用堰的流量系數(shù)主要決定于上游堰高與設(shè)計(jì)水頭之比P1/Hd、堰頂全水頭與設(shè)計(jì)水頭之比H0/Hd以及上游面的坡度。36三、側(cè)收縮系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)就是用來考慮邊墩及閘墩對過水能力的

6、影響。可由下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：n為堰孔數(shù)；H0為堰頂全水頭；Ka為邊墩形狀系數(shù)；KP為閘墩形態(tài)系數(shù)。37四、曲線型實(shí)用堰的淹沒試驗(yàn)研究表明:(1)當(dāng)下游水位高過堰頂至某一范圍時(shí)堰下游形成淹沒水躍，過堰水流受到下游水位的頂托，降低了過水能力即為淹沒出流；(2)當(dāng)下游護(hù)坦高程較高，過堰水流受下游護(hù)坦的影響，也會產(chǎn)生類似淹沒的效果而使流量系數(shù)降低。實(shí)際計(jì)算中用淹沒系數(shù)來綜合反映下游水位及護(hù)坦高程對過水能力的影響。決定于hs/H0和P2/H0。38淹沒系數(shù)可查下圖：當(dāng)hs/H0≤0.15和P2/H0≥2時(shí)出流不受下游水位及護(hù)坦高程的影響稱為自由出流。39

7、8-4寬頂堰流的水力計(jì)算當(dāng)堰頂水平且厚度，在進(jìn)口處形成水面跌落，堰頂范圍內(nèi)產(chǎn)生一段近似平行堰頂?shù)臐u變流動即為寬頂堰流。流量計(jì)算公式為：(a)(b)(c)40一、流量系數(shù)對堰頂入口為直角的寬頂堰對堰頂進(jìn)口為圓角的寬頂堰41二、側(cè)收縮系數(shù)（8-15）式中：a0為考慮墩尖及堰頂入口形狀的系數(shù)。當(dāng)閘墩（或邊墩）頭部為矩形，堰頂為直角入口邊緣時(shí)a0＝0.19；當(dāng)閘墩（或邊墩）頭部為圓弧形，堰頂入口邊緣為直角或圓弧形時(shí)a0=0.10；b為溢流孔凈寬；B為上游引渠寬。42上式的應(yīng)用條件為：；。當(dāng)時(shí)，應(yīng)采用；當(dāng)時(shí)，應(yīng)采用。1．對單孔寬頂堰（無閘墩）式中b采用兩邊墩間

8、的寬度；B可采用堰上游的水面寬度。2．對多孔寬頂堰（有邊墩及閘墩）43側(cè)收縮系數(shù)應(yīng)取邊孔及中孔的加權(quán)平均值：