水力学课件第7章堰流与泄水建筑物下游的消能.pptxVIP

水力学;主要内容;授课目的;重点和难点;7.1堰流的类型及流量公式;;堰流的类型;工程上，按使用要求，堰的类型很多。如水利工程中的溢流坝常用混凝土或砌石筑成，厚度较大，而实验室用的量水堰则用薄钢板做成。为了便于研究，一般将堰按堰壁厚度与堰上水头的比值分成三类。;水舌不受堰壁厚度的影响，水流呈自由下落曲线。;;;过堰水流开始受堰顶的约束和顶托，但水流基本上还是在重力作用下的自由下落曲线，这种堰常见的有折线型和曲线型两种。;;;;堰流的流量公式;;;列0-0和1-1断面间的能量方程，有：;;设堰顶过水断面均为矩形，宽度为b，水舌厚度用kH0表示，则1-1断面的过水断面面积为A=kH0b，于是：;影响流量系数的主要因素φ、k、K都与堰的边界条件（如堰高、进口情况等）有关，因此，各类堰流水力计算的基本形式虽然相同，但各类堰的流量系数各不相同。;;;若考虑侧收缩和淹没情况时，堰流的流量计算公式可修正为：;7.2薄壁堰;一、矩形薄壁堰;自由出流流量公式：;m0及m一般由试验测定。对于锐缘矩形薄壁堰，流量系数也可用下面的经验公式计算：;当堰宽b小于上游渠道宽度B时，称为有侧收缩的矩形薄壁堰，其流量系数有所折减，可按下列经验公式计算：;;为保证堰流为自由出流，使过堰水流稳定，应注意以下几点要求：

（1）H3cm。否则因表面张力作用将发生贴附溢流（如下图(a)所示）；

（2）水舌下面的空间应与大气相通。否则水舌下面将因空气被带走而形成局部真空（如下图(b)、(c)）。;当下游水位高于堰顶时，出流受到下游水位的影响，这时已不再是自由出流，而变成了淹没出流（如下图所示），堰流水力计算公式需作修正。;;二、三角形薄壁堰;当流量超过三角形薄壁堰所能测量的范围而又不能用无侧收缩的矩形薄壁堰时，可采用梯形薄壁堰。梯形薄壁堰的流量是中部矩形薄壁堰的流量和两侧三角形薄壁堰的流量之和。;;薄壁堰作量水设备时，为了减小水面波动，提高测量精度，在堰槽上应设置整流栅。堰槽长度可参考下列图表。;7.3实用断面堰;;实用堰的流量计算公式：;1.流量系数;2.侧收缩系数;3.淹没系数;实用断面堰淹没系数??;7.4宽顶堰;第一次跌水;宽顶堰的流量计算公式：;1.流量系数;宽顶堰的流量系数也常用下述经验公式计算;（3）斜坡式进口;P/H;;P/H;2.淹没系数;3.侧收缩系数;侧收缩系数经验公式的适用条件;宽顶堰的水力计算;试算法;;迭代法;应用举例;解：;;;B.迭代法;下游水深ht=1.3m，其它数据同上例，求宽顶堰流量。;;（4）第三次近似计算;（5）第四次近似计算;水力学;7.5闸孔出流;闸孔出流时，在闸孔下游(2~3)e处形成收缩断面c-c，收缩水深hce或hc=e0e。其中，e为闸门开启高度；e0称为闸孔垂直收缩系数，其值取决于比值(e/H)，可查表确定。;e/H;弧形闸门闸孔垂直收缩系数e0表;;闸孔出流;收缩断面水深hc一般小于下游渠道的临界水深hk，水流呈急流状态，水深在C区内沿程增大，只能以水跃形式向下游缓流水深过渡。

若发生远离水跃时（图a），闸孔出流为自由出流；若发生淹没水跃时，闸孔出流为淹没出流（图b）。闸孔的泄水能力与闸前水头、闸孔开度、闸门形式及下游水位等因素有关。;闸孔出流的水力计算—自由出流;;闸门孔口形式;;;流量系数的确定;闸孔出流的水力计算—淹没出流;;;;1.某水利枢纽设平底冲沙闸门，用弧形闸门控制流量。闸孔宽b=10m，弧门半径R=15m，门轴高C=10m，上游水深为H=12m，闸孔开度e=2m，下游水深为ht=8m，试计算通过闸孔的流量（不计行近流速的影响）;解：;收缩断面的流速为：;;2.矩形渠道中修建一平板闸门。闸底板与渠底齐平。闸孔宽等于渠道宽度，b=3m。今已知，闸前水深H=5m，闸孔开度e=1m，下游水深ht=3.5m，试计算通过闸孔的流量。;解：;收缩断面的流速为：;;7.6消能方式概述;在急流段中，水流速度很大，常会导致下游河床的严重冲刷，危急建筑物安全。水利水保工程中把消除或缩短泄水建筑物下游急流段的有关工程措施，叫做消能（措施）。

消能的设计原则是：增加局部水流紊乱，削减下泄水流的速度，消除对河床的有害能量。;这种消能方式是在泄水建筑物下游建消力池或消力槛，造成发生淹没式水跃的水力条件。因为主流在底部，故称为底流式消能。;大坝泄洪——底流式消能;大坝泄洪——挑流式消能;7.7收缩断面水深计算;设流量为Q，下游渠底坡度为i=0，以下游渠底为基准面，列0—0和C—C断面间的能量方程得：;对下游矩形渠道而言：;对下游梯形渠道而言：;应用举例;（3）计算行近流速断面总单位能;7.8消