堰流和闸孔出流ppt课件

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1、1 概述堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能壅高渠中的水堰：在明渠缓流中设置障壁，它既能壅高渠中的水位，又能自然溢流，位，又能自然溢流，这障壁就称为堰。这障壁就称为堰。堰流堰流Weir FlowWeir Flow：缓流越过阻水的堰墙溢出流动：缓流越过阻水的堰墙溢出流动的部分水流景象流动称为堰流。的部分水流景象流动称为堰流。研讨堰流的主要目的：研讨堰流的主要目的：讨论流经堰的流量讨论流经堰的流量Q Q及与堰流有关的特征量之间的关系。及与堰流有关的特征量之间的关系。2堰流的根本特征量堰流的根本特征量:1 1、堰顶水头、堰顶水头 H H；2 2、堰宽、堰宽 b b；3 3、上游堰高、上游堰高P1P1、下

2、游堰高、下游堰高P2P2；4 4、堰顶厚度、堰顶厚度 ；5 5、上、下水位差、上、下水位差 Z Z；6 6、堰前行近流速、堰前行近流速v0v0。HP1v0ZhP2水舌L=(35)H3第一节第一节 堰流的分类及水力计算根本公式堰流的分类及水力计算根本公式1 1、根据堰壁厚度、根据堰壁厚度 与水头与水头 H H 的关系：的关系：堰堰薄壁堰薄壁堰Thin-wall WeirThin-wall Weir /H0.67/H0.67无沿程水头损失无沿程水头损失hfhf。适用堰适用堰Ogee WeirOgee Weir 0.67 0.67/H2.5/H2.5 一次跌落，可忽略一次跌落，可忽略hfhf。宽顶堰

3、宽顶堰Broad-crest Weir Broad-crest Weir 2.5 2.5/H10/H10 二次跌落，可忽略二次跌落，可忽略hfhf。矩形堰矩形堰三角形堰三角形堰梯形堰梯形堰折线型适用堰折线型适用堰曲线型适用堰曲线型适用堰复合型适用堰复合型适用堰H5.267.0105.24堰侧收缩堰bhcht hc 充分条件充分条件11PzPzcHv0ZchP2h0.67HZ1 1堰下游水位高出堰顶标高，即堰下游水位高出堰顶标高，即zcHzcH；必要条件必要条件 淹没溢流时，不仅堰的过水才干降低，而且下游水面动摇较大，溢流不稳定。所以用于丈量流量用的薄壁堰，不宜在淹没条件下任务。13二、三角形堰

4、二、三角形堰 堰通常用于实验室作小流量丈量，当堰为直角三角堰时：HB)/(4.132/5smHQ适用条件：适用条件：HBHP)43(2，14三、梯形薄壁堰三、梯形薄壁堰)/(86.1242.032/32/3smbHHgbQHb当当 时的自在出流时的梯形薄壁堰公式为：时的自在出流时的梯形薄壁堰公式为：14注：以上三类薄壁堰的流量计算公式均是指自在出流。注：以上三类薄壁堰的流量计算公式均是指自在出流。阐明：当阐明：当 时，侧收缩梯形堰倾斜部分所添加的流量，时，侧收缩梯形堰倾斜部分所添加的流量，正好抵消正好抵消 矩形堰侧收缩影响所减小的流量。即有侧收缩的矩形堰侧收缩影响所减小的流量。即有侧收缩的 的

5、梯形堰作自在出流时的流量等于没有侧收缩的自在出流矩的梯形堰作自在出流时的流量等于没有侧收缩的自在出流矩形堰的流量。形堰的流量。141415适用堰的主要用途：用作蓄水建筑物适用堰的主要用途：用作蓄水建筑物坝，坝，或净水建筑物的溢流设备。或净水建筑物的溢流设备。适用堰适用堰(0.67(0.67/H2.5/H2.5折线型适用堰折线型适用堰曲线型适用堰曲线型适用堰复合型适用堰复合型适用堰16 真空适用堰真空适用堰Vacuum WeirVacuum Weir：假设堰面的剖面：假设堰面的剖面曲线低于堰的水舌下缘，溢流水舌脱离堰面，脱离曲线低于堰的水舌下缘，溢流水舌脱离堰面，脱离处的空气被水流带走而构成真空

6、区，这种堰称为真处的空气被水流带走而构成真空区，这种堰称为真空适用堰。空适用堰。一、曲线型适用堰的剖面外形一、曲线型适用堰的剖面外形1 1、真空适用堰、非真空适用堰、真空适用堰、非真空适用堰172 2、曲线形适用堰的设计、曲线形适用堰的设计 要求：堰面不发生负压，流量系数大，堰剖面较小，工程量小，稳定平安。堰型：目前工程界广泛采用的是堰型：目前工程界广泛采用的是WESWES剖面堰。剖面堰。过去采用：克过去采用：克奥剖面奥剖面18 堰顶曲线方程：堰顶曲线方程：n与上游堰坡有关的指数，见表8-2；K 系数；三段复合圆弧型曲线三段复合圆弧型曲线 式中：Hd堰剖面的定型设计水头；堰顶 O 点上游可采用

7、三种曲线衔接：ykHxndn1 堰剖面的定型设计水头堰剖面的定型设计水头 Hd Hd确实定：确实定：高堰：高堰：P11.33 HdP11.33 Hd，Hd=Hd=0.750.950.750.95HmaxHmax低堰：低堰：P11.33 HdP11.33 Hd，Hd=Hd=0.650.850.650.85HmaxHmaxHmax-Hmax-校核流量下的堰上水头。校核流量下的堰上水头。192/302HgBmQ二、流量公式二、流量公式nn闸孔的数目；闸孔的数目；b b 单个闸孔净宽；单个闸孔净宽；0、k边墩和闸墩外形系数。式中：式中：式中：式中：BB=nb BB=nb，为全部闸孔净宽；，为全部闸孔净

8、宽；侧向收缩系数，有nbHnk00)1(2.01201.00.70.7边墩边墩 值值k0.450.8dd0.45d90d0.25RR=1.21d中墩中墩 值值0 流量系数没 m (见表8-3)21适用堰淹没判别与矩形薄壁堰的判别条件一样即下游水适用堰淹没判别与矩形薄壁堰的判别条件一样即下游水位高过堰顶且发生淹没水跃，其流量公式为：位高过堰顶且发生淹没水跃，其流量公式为：三、适用堰的淹没判别三、适用堰的淹没判别2/302HgmbQss淹没系数，见图8-14。式中：式中：适用堰淹没判别公式为：适用堰淹没判别公式为：Hs/h00.15，或P2/H02Hs/h00.15，或P2/H0222一、自在式无

9、侧收缩宽顶堰一、自在式无侧收缩宽顶堰 主要特点：进口不远处构成一收缩水深，此收缩水深小于堰顶断面的临界水深，以后构成流线近似平行于堰顶的渐变流，水面在堰尾第二次下降。g220v112v0h2PHH0vkkhkhshs淹没出流自在出流取取1-11-1，2-22-2断面写能量方程：断面写能量方程：gghgH22222200vvv23)(2)(21100hHghHgvghH2)1(20v那么令0.122000，gHHv2/302/300221)(2HgmbHgkkbhHgbhAQv令令 ，那么得宽顶堰的流量公式：，那么得宽顶堰的流量公式：0Hhk m堰流量系数，。普通地，m值在 0.320.385之

10、间。kkm1g22v式中：式中：堰进口处的部分水头损失；流速系数，。11gghgH22222200vvv24当 时：3HP0当 时：3HP直角边缘进口：直角边缘进口：m=0.32 m=0.32圆角进口：圆角进口：m=0.36 m=0.36流量系数的计算流量系数的计算阐明：阐明：1 1、根据伯朗日最大流量假设，当、根据伯朗日最大流量假设，当 时，时，过过 堰流量为最大。堰流量为最大。m=0.385m=0.385 2 2、流体为理想流体时，那么、流体为理想流体时，那么=0=0，即，即=1.0=1.0，m=0.385m=0.385032Hhhk直角边缘进口：直角边缘进口：HPHPm/75.046.0

11、/301.032.0直角边缘修圆：直角边缘修圆：HPHPm/5.12.1/301.036.025二、侧收缩宽顶堰二、侧收缩宽顶堰bBb0hs08.085.075.00Hhs或或30.125.1chsh充分条件：充分条件：27pHpht 满足淹没溢流必要条件，但不满足充分条件，为自在式溢流。b B，有侧收缩。综上所述，本堰为自在溢流有侧收缩的宽顶堰。2计算流量系数m 堰顶为直角进口，p/H=0.5md；当时HHd，mmd。H 067.),(),(,),(00sHHbmmfQ或（或5.267.0H105.2H312/302 HgmbQmm没有计及行近流速没有计及行近流速2/302HgbmQ m0m

12、0思索了行近流速的影响思索了行近流速的影响32 闸门方式：平板闸门、弧形闸门。一、闸孔出流的水力特征一、闸孔出流的水力特征 程度底板上的闸孔出流特征程度底板上的闸孔出流特征1 1、收缩断面；、收缩断面；2 2、垂直收缩系数；、垂直收缩系数；3 3、闸孔自在出流；、闸孔自在出流；4 4、闸孔淹没出流。、闸孔淹没出流。曲线型适用堰上的闸孔出流特征曲线型适用堰上的闸孔出流特征33以闸底板平面为基准面，列以闸底板平面为基准面，列1-11-1、C-CC-C断面的能量方程：断面的能量方程：为了便于运用，上市可简化为：为了便于运用，上市可简化为：二、闸孔出流的根本计算公式二、闸孔出流的根本计算公式wccch

13、ghgH222200vgghHccccc22220)(210ccchHg)(2202eHgbebhAQcccc002221gHbeHeQ02gHbeQ闸孔出流根本公式：闸孔出流根本公式：34a a、平板闸门：、平板闸门：0221He02gHbeQs闸孔出流的侧收缩普通忽略不计。闸孔出流的侧收缩普通忽略不计。三、闸孔出流的流量系数三、闸孔出流的流量系数 流量系数的影响要素：流量系数的影响要素：a a、闸底坎方式；、闸底坎方式；b b、闸门方式；、闸门方式；c c、闸孔相对开度等。、闸孔相对开度等。1 1、宽顶堰上闸孔出流的流量系数：、宽顶堰上闸孔出流的流量系数：He176.06.0b b、弧形闸

14、门：、弧形闸门：He0018081.056.018081.097.0适用范围：适用范围：65.00,902500He352 2、曲线型适用堰上闸孔出流的流量系数：、曲线型适用堰上闸孔出流的流量系数：a a、平板闸门：、平板闸门：He19.0685.0b b、弧形闸门：、弧形闸门：cos357.025.0186.065.0HeHe适用范围：适用范围：75.01.0He 值也可查表 8-14。四、闸孔出流的淹没系数四、闸孔出流的淹没系数 s1、曲线型适用堰上闸孔淹没出流的情况很少见。、曲线型适用堰上闸孔淹没出流的情况很少见。2、宽顶堰上闸孔出流淹没系数 s 确实定：ss与潜流比与潜流比 有关，见图

15、有关，见图8-278-27。ccthHhh 例8-5、例8-6。36 小桥孔计算的主要问题：知桥孔经过的设计流量Q，桥孔下面的断 面方式尺寸，设计桥孔孔径B和桥孔长度l，验算桥前的壅水水位。小桥孔径的水力计算1、小桥孔径桥下出流的判别gkhk2v1确定下游河槽天然水深ht 天然水深即为对应于设计流量 Q 的均匀流的 正常水深 h0。矩形桥孔断面：kkhh kkhh 宽梯形桥孔断面：2确定桥孔下临界水深 hk 桥孔下的临界流速 vk 不大于允许冲刷流速v，取v k=v，那么平均临界水深 ：kh37mhmBBBhccccc242bhkBk1:m3桥孔下出流情况的判别狭深的梯形桥孔断面：hchtH自

16、在出流hchtH淹没出流a、时，自在出流，hq=hc；cthh3.1b、时，淹没出流，hq=ht。cthh3.1382、确定桥孔孔径Bc和桥孔长度L1桥孔下水流为自在出流a、桥孔孔径Bc假设被设计为多孔时，那么：式中：Qp设计流量；d中墩迎水流方向的宽度。n中墩数目；侧收缩系数；vc临界流速；相应于桥下临界水深hc的水面宽度Bc：3cpcgQBvndgQBcpc3v39b、桥孔径长度L 矩形桥孔断面:L=Bc式中：h上部构造的底部高出水面的间隔。bBc1:mhcLh自在出流hmBLc2梯形桥孔断面：40矩形桥孔断面 L=BpbBp1:mhtLh淹没出流)()(mhh21m2BLtp梯形桥孔断面

17、2桥孔下水流为淹没出流流速采用允许流速vs，跨度公式为：ndhpQBstp413、计算桥前的壅水水深H列桥前水深与桥下水流的能量方程：gghggghHccccc22)1(2222022022vvvvv式中：v0 桥前行进流速，当v0 1.0m/s时可忽略不计。ghhgghHcccc22222022022vvv令 为流速系数，由桥台外形决议，那么桥前壅水水深为：1142 1 确定下游河槽天然水深ht；2 确定桥孔下临界水深hc；3 判别小桥桥孔下出流情况：时，自在出流，桥下水深为临界水深hc；时，淹没出流，桥下水深为下游天然河槽水深ht。4 确定桥孔孔径B、长度L；计算桥前的壅水水深H。hhtc

18、 13.hhtc 13.43解：1、设计桥孔孔径 求桥孔下临界水深 hc取 vc=vs=3.0m/s那么mghcc918.081.90.322v由mgQBcpc71.120.33581.933vmmhBmBBhccccc05.10.30.705.16171.125.12918.071.125.1471.1271.12242判别桥下水流形状：由 ht=1.15m；1.3hc=1.31.05=1.365m那么 ht1.3hc，为自在出流。由mndgQBc1.150.11.140.10.39.0358.933v取 B=16m44ghhHc22202vmhhHc616.1566.005.19.0291

19、8.005.1222注：因规范B=16m时接近设计B=15.1m，故hc用B=15.1m时 的hc值1.05m计算，误差答应。45堰薄壁堰Thin-wall Weir/H0.67 无沿程水头损失hf。适用堰Ogee Weir 0.67/H2.5 一次跌落，可忽略hf。宽顶堰Broad-crest Weir2.5/H10 二次跌落，可忽略hf。46堰薄壁堰Thin-wall Weir/H0.67 无沿程水头损失hf。适用堰Ogee Weir 0.67/H2.5 一次跌落，可忽略hf。宽顶堰Broad-crest Weir2.5/H10 二次跌落，可忽略hf。47End2/302HgbmQ或3/2

20、02Qmbg H48侧收缩系数、适用堰、宽顶堰、淹没系数、流量系数、控制断面、堰流 闸孔出流 薄壁堰1、WES 剖面的适用堰，假设P/Hd1.33，当堰前水头 H=Hd 时，流量系数是 。2、在同样水头作用下,适用堰的过水才干 宽顶堰的过水才干。3、按 之比可将堰分为 、等三种类型。4、运用薄壁堰丈量流量时，丈量水头H 的位置要在堰板上游_；为减小水面动摇，提高丈量精度，在堰槽中应设置_。5、闸孔出流的根本公式为：。一、名词概念一、名词概念二、填空题二、填空题491、WES 型适用堰的堰顶曲线 。与液体原点自在抛射曲线相符 B、薄壁堰自在出流水舌下缘曲线稍加修正 C、由一段圆曲线组成2、经过三

21、角形量水堰的流量与以下某值成正比 。A、H-1/2 B、H1/2 C、H3/2 D、H5/2 3、闸孔出流的流量与以下某值成正比 。A、H1/2 B、H-1/2 C、H3/2 D、H5/2 三、选择三、选择 题题 四、判别题四、判别题1 1、堰闸出流，只需产生非淹没水跃，那么一定是自在出流。、堰闸出流，只需产生非淹没水跃，那么一定是自在出流。2 2、底流消能的水跃淹没系数、底流消能的水跃淹没系数 j j 愈大，消能效果越好。愈大，消能效果越好。3 3、在同样水头作用下，适用堰的流量系数比宽顶堰的流量系数大。、在同样水头作用下，适用堰的流量系数比宽顶堰的流量系数大。50五、问答题五、问答题 1 1、何谓堰流和堰？、何谓堰流和堰？2 2、薄壁堰的淹没条件是什么？、薄壁堰的淹没条件是什么？3 3、什么是宽顶堰流？它在工程上有何运用？、什么是宽顶堰流？它在工程上有何运用？