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流体力学第十章答案

【篇一：流体力学讲义第十章堰流】

明渠缓流由于流动边界急剧变化而引起的明渠急变流现象。本章主

要介绍各类堰流的水力特征、基本公式、应用特点及水力计算方法。

概述

一、堰和堰流

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，这障壁就称为堰。堰流（weirflow）：缓流越过阻水的堰墙溢

出流动的局部水流现象称为堰流。

选择：堰流特定的局部现象是：a.缓流通过障壁；b.缓流溢过障壁；

c.急流通过障壁；d.急流溢过障壁。

研究堰流的主要目的：

探讨流经堰的流量q及与堰流有关的特征量之间的关系。

堰流的基本特征量（图10-1）

1.堰顶水头h；

2.堰宽b；

3.上游堰高p、下游堰高p1；图10-1

5.上、下水位差z；

二、堰的分类

1.根据堰壁厚度d与水头h的关系，如图10-2：

图10-2

图10-3

2.根据上游渠道宽度b与堰宽b的关系，图10-4：

3.根据堰与水流方向的交角：

图10-4

4.按下游水位是否影响堰流性质：

5.按堰口的形状：

堰可分为矩形堰、梯形堰、三角堰。

三、堰流及孔流的界限

1.堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时。孔流：当闸门未

启出水面，以致影响闸坝泄流量时。

2.堰流和孔流的判别式

（1）宽顶堰式闸坝

堰流：e/h≥0.65孔流：e/h0.65

（2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时）

堰流：e/h≥0.75孔流：e/h0.75

式中：e——闸门开启高度；h——堰孔水头。

判断：从能量角度看，堰流和闸孔出流的过程都是一种势能转化为

动能的过程。对

第一节堰流的基本公式

一、堰流基本公式推导（图10-7）

由大孔口的流量公式

及，并考虑上游行近流速的影响，令图10-6

得堰流的基本公式：

（10-1）

式中:m——堰流流量系数，m

=。

二、堰流公式图10-7

若考虑到侧收缩影响及淹没影响，则堰流公式为：

（10-2）

——淹没系数，≤1.0；（10-3）式中：

——侧收缩系数，

≤1.0。

m0——计及行近流速的流量系数

第二节薄壁堰

薄壁堰（如图10-8）主要用途：用作量水设备。薄壁堰口的横断面

形状不同，相应的流量系数也不同。

图10-8

一、矩形薄壁堰

1.基本公式

（10-4）

2.无侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：

采用巴赞公式计算：

（10-5）

公式适用范围：b=0.2~2.0m，p=0.24~0.75m，h=0.05~1.24m，式

中h、p均以m计。

初步设计时，取

，则：

（10-6）

3.有侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：

4.矩形薄壁堰的淹没判别条件（图10-9）

1）堰下游水位高出堰顶标高，即zh；——必要条件

2）在堰下游发生淹没式水跃衔接，即hthc——充分条件

（10-7）

（10-8）

淹没溢流时，不仅堰的过水能力降低，而且下游水面波动较大，溢

流不稳定。所以用于测量流量用的薄壁堰，不宜在淹没条件下工作。

图10-9

二、三角形堰（图10-10）

堰通常用于实验室作小流量测量。当堰为直角三角堰时：

适用条件：（10-9）。图10-10

三、梯形薄壁堰

当时的自由出流时的梯形薄壁堰公式为：

说明：当

（10-10）时，侧收缩梯形堰倾斜部分所增加的流量，正好

的梯形抵消矩形堰侧收缩影响所减小的流量。即有侧收缩的

堰作自由出流时的流量等于没有侧收缩的自由出流矩形堰的流量。

注：以上三类薄壁堰的流量计算公式均是指自由出流。图10-11

问题1：当用矩形薄壁堰来测量流量时，，下，水流最稳定，测量

精度最高。

a.有侧收缩自由出流；b.有侧收缩淹没出流；

c.无侧收缩自由出流；d.无侧收缩淹没出流。

问题2：为保证薄壁堰为自由出流，应满足：

a.堰上水头尽量小，水舌下游空间应与大气相通；

b.堰上水头不宜过小，水舌下游空间应与