《水力学》第七章 堰流.ppt

二、分类1、根据堰流的水力特点，可按 的大小将堰划分为三种基本类型。 矩形薄壁堰适宜量测较大的流量。在H＜0.15m时，矩形薄壁堰溢流水舌在表面张力和动水压力的作用下很不稳定，甚至可能出现溢流水舌紧贴堰壁下溢形成所谓贴壁溢流。这时，稳定的水头流量关系已不能保证，使矩形薄壁堰量测精度大受影响。因此，在流量小于100L/s时，宜采用三角形薄壁堰作为测量水堰 。 第七章 堰 流 §7~1 堰流的定义和分类 一、定义： 无压缓流经障壁溢流时，上游发生壅水，然后水面降落，这一局部水流现象称为堰流。障壁称为堰。 障壁对水流具有两种形式的作用，其一是侧向收缩，例如桥涵；其二是底坝的约束，如闸坝等水工建筑物。 研究堰流的目的在于探讨堰流的过流能力Q与堰流其他特征量的关系，从而解决工程中提出的有关水力学问题。 如图7-1所示，表征堰流的特征量有：堰宽b，即水流漫过堰顶的宽度；堰前水头H，即堰上游水位在堰顶上的最大超高；堰壁厚度δ和它的剖面形状；下游水深h及下游水位高出堰顶的高度Δ；堰上、下游坎高H1及h1；行近流速v0等。 图7-1 堰流 （2）实用堰 随着堰顶厚度的加大，堰流受到堰顶的约束和顶托，但影响还不大，过堰水流主要还是在重力作用下的自由跌落。实用堰根据其剖面形状，有曲线型实用堰和折线型实用堰两种。 （1）薄壁堰 水流流经堰壁时，因惯性作用使堰顶水舌底部上弯。实验表明，水舌上弯后又回落到堰顶高程时，距上游堰壁面约0.67H。因此，薄壁堰（??0.67H）的特点是堰顶水舌的下缘与堰顶只为线接触，水舌形状不受堰壁厚度?影响。实际应用的薄壁堰，堰顶常做成锐缘形，故也称其为锐缘堰。 （3）宽顶堰 此时，堰顶对水流的顶托作用变得明显。进入堰顶水流受到堰的垂向约束,水流动能加大，势能减小，加之堰进口处的局部水头损失，使水面在堰的进口附近形成一次跌落。此后，水流在堰面的顶托作用下，水面先略有回升，然后几乎与堰顶平行.当下游水位较低时，水面在堰出口处会产生二次跌落。 当 后，水流的沿程水头损失已不能忽略，水流不再属于堰流，而是明渠流了。 图7-2 堰 2、按堰壁的切口形状分： ① 矩形堰 ② 梯形堰 ③ 三角形堰 ④ 抛物线形堰 在同样水深条件下：Q3＜Q1＜Q2 3、按水舌与下游联结形式分： ① 不淹没堰： 堰下水位较低，不至于影响溢流的流量。 ＜0 ② 淹没堰： 堰下水位较高，以至于影响溢流的流量。 ＞0 H 侧收缩堰（bB） 无侧收缩堰（b=B） 堰 4. 根据上游渠道宽度B与堰宽b的关系： B b §7~2 堰流的基本公式 直线、无侧向收缩的矩形堰： 可看作一种无上侧边缘的矩形 大孔口。 大孔口出流的流量公式： 假设：H1=0 H2=H V0=0 上式转变成： 令： 称为堰的流量系数 薄壁堰的流量公式： 如果考虑行近流速的影响，则： b---堰顶宽度 对于薄壁、无侧向收缩的矩形堰： 对于实用堰： 折线：m=0.35~0.42 曲线：m=0.5（真空）， m=0.45（非真空） 对于宽顶堰：m=0.385 (或0.35) 对于淹没堰： σ—淹没系数 式中m0为计入行近流速水头影响的流量系数，可由实验确定。 薄壁堰是一种常用的量水设备。堰口形状主要有矩形、三角形和梯形三种，分别称为矩形薄壁堰、三角形薄壁堰和梯形薄壁堰。 1．矩形薄壁堰 §7~3 薄壁偃 无侧收缩的矩形薄壁堰自由出流的流量可用 式计算。为了能以实测的堰顶水头H直接计量流量，将行近流速水头的影响计入流量系数内，则上式可改写为 1889年法国工程师巴赞提出的流量系数经验公式为 式中堰顶水头H、堰上游坎高hp均以m计。公式的适用范围是0.2m?b?2m，0.24m?hp?1.13m，0.05m ? H ? 1.24m。 1912年德国工程师雷布克提出的流量系数经验公式为 式中堰顶水头H、堰上游坎高hp均以m计。实验表明，上式在0.10m?hp?1.0m，0.024m?H?0.6m，且 的条件下，误差在0.5％以内。 当堰宽度b小于上游渠道宽度B时，过堰水流产生侧收缩，使堰的过流能力降低。若将侧收缩的影响也归到流量系数中，并设流量系数为m0’。则修正后的巴赞经验公式为 2 三角形堰 三角形堰流量公式的推导过程： 利用相似三角形： m----流量系数 实验：当0.05m＜H＜0.25m时，m=1.4，上式适用范围p≥2H，b≥