第9章 堰流ppt课件.pptVIP

堰 流 堰流极其特征 宽顶堰溢流 薄壁堰和实用堰溢流 小桥孔径的水力计算 堰流及其特征 堰和堰流 在明渠流中，为控制水位或控制流量而设置构筑物，使水流溢过构筑物的流动称为堰流，该构筑物称为 堰流的水力特性如下： 1、堰的上游水面壅高，势能增大； 在堰顶上水面下跌； 2、堰流一般从缓流向急流过渡， 属于急变流。堰流的水力计算 主要考虑局部阻力； 3、水流在流过堰顶时，具有自由表面的液流在表面张力的作用下，水流会收缩。 堰的分类 以堰顶的宽度δ与堰上水头H的比值分类： 薄壁堰 实用堰 宽顶堰 当δ/H10时,为明渠流 其它分类 按下游水位是否影响堰流性质分: 自由式出流——当下游水深较小而不影响堰顶正 常出流； 淹没式出流——当下游水深较大且已经影响到了堰顶的正常出流。 按上游渠道宽度B与堰宽b的相互大小分： 无侧收缩堰——上游渠道宽度B等于堰宽b； 有侧收缩堰——渠宽B大于堰宽b。 按水流与堰的流动方向分： 正堰——水流方向与堰正交； 斜堰——水流方向与堰非正交； 侧堰——水流方向与堰平行。 基 本 方 程 宽 顶 堰 定义: 水力特征:水面在堰顶处一次跌落;若自由出流,在堰顶末端形成第二次跌落 流量公式 最大理论流量系数 理想流体时,通过流量最大. 堰顶处水深h=2/3H 势能h为三分之二、动能v2/2g为三分之一 h=hk时，通过流量最大 mmax=0.385 实际中,由于存在能量损失 堰顶水深hhk,mmmax 出 流 形 式——自由式 流量公式: 流量系数: 矩形直角进口 矩形圆弧进口 出 流 形 式——淹没式 淹没条件： 必要条件：下游水位高于堰顶 充分条件：堰顶上急流变为缓流 综合条件: 流量公式： 淹没系数：见表7-1 出 流 形 式——侧向收缩 收缩条件：堰宽b小于上游渠道宽B 流量公式： 收缩系数： 式中： a——墩形系数，矩形为0.19；圆形为0.10 例：某矩形断面宽顶堰，已知：渠道宽B=3m，堰宽b=2m，坎高p=p’=1m，堰上水头H=2m，堰顶为直角进口，墩头为矩形，下游水深h=2.75m，试求过堰流量。 解：(1)判别出流形式 满足淹没出流的条件,又由于bB，该流动为淹没式有侧向收缩的宽顶堰流。 (2)计算流量系数m和侧向收缩系数ε 堰顶为直角进口， 侧向收缩系数 (3)计算流量 查淹没系数 采用迭代法 第一次取H01=H=2m 第二次取H02=2.035m hs/H02=0.86 σ=0.95 第三次取 H03=2.04m,hs/H04=0.858,σ=0.952 本题计算限定计算误差为1%，当前后两次试算的值满足限定误差要求时，可认为该值为最终值。 则过堰流量Q=8.05m3/s。 薄 壁 堰 定义： 分类：按堰口形状的不同，分为矩形堰、三角形堰、梯形堰、比例堰等。三角形堰常用于较小的流量，矩形和梯形堰常用于量测较大的流量。 计算公式： 矩形薄壁堰 三角形薄壁堰 梯 形 薄 壁 堰 其 它 堰 实 用 堰 定义: 实用堰是水利工程中用来挡水同时又能泄流的构筑物 分类:曲线型实用堰和折线型实用堰 曲 线 型 有非真空堰和真空堰两种 如果曲线与同样条件下薄壁堰自由出流的水舌下缘相重合，堰面压强为大气压强.此时流量系数m与薄壁堰基本相当。 如果曲线突出水舌下缘，则堰面将顶托水流。堰面的压强应大于大气压强。堰前总水头中的一部分势能将转换成压能，过水能力就会降低。 上述两类堰都称为非真空堰。 曲 线 型——真空堰 如果堰面低于水舌下缘，溢流水舌将脱离堰面。脱离处空气被水舌卷吸带走，堰面处会形成局部真空。 优点——过水能力会得到提高 缺点——水流不稳定，会引起构筑物的振动，而且可能在堰面产生空穴，导致堰面损坏。 理想的剖面形状应使堰面曲线与薄壁堰水舌下缘重合，这样既不产生真空，又有比较大的过水能力。 常用形式——克里格尔-奥菲采洛夫剖面堰、美国WES标准剖面堰、长研1型剖面堰等。 实 用 堰 折线型——部分小型堰或临时性堰经常采 用 计算公式：与薄壁堰相同 流量系数：曲线形 mo=0.45 折线形 mo=0.42 出 流 形 式 淹没影响: 淹没条件: 流量公式: 淹没系数:见表8-1 侧向收缩影响: 收缩条件: 流量公式: 收缩系数:与b/B有关 小桥孔径的水力计算 特征：小桥的底板一般与河床底板齐平。由于桥墩受侧向收缩的影响，使水流的过水断面变小，形成局部阻力。水流在桥孔前水